DE102019123887B4 - Method of making an elastic dielectric for a dielectric device - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines elastischen Dielektrikums (130) für eine dielektrische Elastomer Vorrichtung (100), insbesondere einen dielektrischen Elastomer Aktor und/oder einen dielektrischen Elastomer Sensor, wobei das Verfahren aufweist:Bereitstellen eines Basismaterials (210), welches eine Basisfläche (212) aufweist, wobei das Basismaterial (210) Teil einer Elektrode (110) ist, und wobei die Basisfläche (212) ein elektrisch leitfähiger, metallischer funktioneller Bereich der Elektrode (110) ist;Bilden einer Elastomerschicht (230) aus nicht ausgehärtetem Elastomermaterial auf der Basisfläche (212),wobei die Elastomerschicht (230) einen ersten Bereich (230a) und einen zweiten Bereich (230b) aufweist,wobei der zweite Bereich (230b) auf dem ersten Bereich (230a) angeordnet ist, undwobei der erste Bereich (230a) räumlich näher an dem Basismaterial (210) angeordnet ist als der zweite Bereich (230b);Aushärten des ersten Bereichs (230a) der Elastomerschicht (230); danachEinstellen der Dicke (d) der Elastomerschicht (230) durch Entfernen von nicht ausgehärtetem Elastomermaterial des zweiten Bereichs (230b); und danachAushärten des zweiten Bereichs (230b) der Elastomerschicht (230) derart, dass die Elastomerschicht (230) ein ausgehärtetes und/oder vollständig vernetztes Dielektrikum (130) bildet;wobei das Verfahren in einem reel-to-reel Prozess durchgeführt wird.A method for producing an elastic dielectric (130) for a dielectric elastomer device (100), in particular a dielectric elastomer actuator and/or a dielectric elastomer sensor, the method comprising:providing a base material (210) which has a base surface (212) wherein the base material (210) is part of an electrode (110), and wherein the base surface (212) is an electrically conductive, metallic functional area of the electrode (110);forming an elastomeric layer (230) of uncured elastomeric material on the base surface (212), wherein the elastomeric layer (230) has a first region (230a) and a second region (230b), the second region (230b) being disposed on the first region (230a), and the first region (230a) being spatial located closer to the base material (210) than the second region (230b);curing the first region (230a) of the elastomeric layer (230); thereafteradjusting the thickness (d) of the elastomeric layer (230) by removing uncured elastomeric material of the second region (230b); and thereaftercuring the second portion (230b) of the elastomeric layer (230) such that the elastomeric layer (230) forms a cured and/or fully crosslinked dielectric (130);wherein the method is performed in a reel-to-reel process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines elastischen Dielektrikums für eine dielektrische (Elastomer) Vorrichtung (insbesondere einen dielektrischen Aktor und/oder einen dielektrischen Sensor). Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen der dielektrischen Vorrichtung.The invention relates to a method for producing an elastic dielectric for a dielectric (elastomer) device (in particular a dielectric actuator and/or a dielectric sensor). Furthermore, the invention relates to a method for producing the dielectric device.

Die Erfindung kann sich somit auf das technische Gebiet von dielektrischen Vorrichtungen beziehen. Insbesondere kann sich die vorliegende Erfindung auf ein Herstellen eines elastischen Dielektrikums für eine dielektrische Vorrichtung beziehen. Weiter insbesondere kann sich die Erfindung auf das technische Gebiet der dielektrischen Aktoren und/oder dielektrischen Sensoren beziehen.The invention can thus relate to the technical field of dielectric devices. In particular, the present invention may relate to manufacturing an elastic dielectric for a dielectric device. More particularly, the invention can relate to the technical field of dielectric actuators and/or dielectric sensors.

Eine dielektrische Vorrichtung, wie z.B. ein dielektrischer Aktor (DEA), ein dielektrischer Sensor (DES) oder eine Mischform (DEAS), ist im Prinzip wie ein nachgiebiger elektrostatischer Kondensator aufgebaut. Eine passive Elastomerschicht (bzw. eine Polymerschicht) wird zwischen zwei Elektrodenplatten eingeklemmt. Wenn eine elektrische Spannung U angelegt wird (also im Betriebsmodus), ziehen sich die gegenüberliegenden Elektrodenplatten aufgrund des elektrostatischen Druckes (p_el) an. Die inkompressible Elastomerschicht wird dann in Höhenrichtung zusammengedrückt und dehnt sich in seitlicher Richtung aus (Flächendehnung). Der elektrostatische Druck, welcher die Deformation verursacht, wird von der Dielektrizitätskonstante, der Dielektrizitätszahl, und der Dicke des Materials sowie der angelegten Spannung bestimmt.A dielectric device such as a dielectric actuator (DEA), a dielectric sensor (DES) or a hybrid (DEAS) is constructed in principle like a compliant electrostatic capacitor. A passive layer of elastomer (or polymer) is sandwiched between two electrode plates. When an electrical voltage U is applied (i.e. in the operating mode), the opposite electrode plates attract each other due to the electrostatic pressure (p _el ). The incompressible elastomer layer is then compressed in the vertical direction and expands in the lateral direction (area expansion). The electrostatic pressure that causes the deformation is determined by the dielectric constant, the relative permittivity, and the thickness of the material, as well as the applied voltage.

Der im Betriebsmodus auftretende äquivalente elektromechanische Druck p_eq ist doppelt so groß wie der elektrostatische Druck p_el und lässt sich berechnen als: p_eq = ε₀*ε_r*(U²/z²), wobei ε₀ die Permittivität des Vakuums, ε_r die Dielektrizitätskonstante, und z die Schichtdicke der Elastomerschicht ist.The equivalent electromechanical pressure p _eq occurring in the operating mode is twice the electrostatic pressure p _el and can be calculated as: p _eq = ε ₀ *ε _r *(U ² /z ² ), where ε ₀ is the permittivity of the vacuum, ε _r is the dielectric constant, and z is the layer thickness of the elastomer layer.

Die Bewegung wird also durch die elektrostatischen Kräfte, welche auf die Elastomerschicht zwischen zwei Elektrodenplatten wirken, erzeugt. In einem Beispiel erreicht ein dielektrischer Aktor bei einer Feldstärke von 30 V/µm eine Dehnung von bis zu 20 %. Übliche unidirektionale Dehnungen von dielektrischen Aktoren liegen z.B. in dem Bereich 10 bis 35 %, Maximalwerte bei bis zu 300 %.The movement is thus generated by the electrostatic forces which act on the elastomer layer between two electrode plates. In one example, a dielectric actuator achieves an elongation of up to 20% at a field strength of 30 V/µm. Usual unidirectional strains of dielectric actuators are, for example, in the range of 10 to 35%, maximum values are up to 300%.

Da die Elastomerschicht nahezu inkompressibel ist, bleibt das Volumen während der Deformation im Prinzip konstant. Beim Reduzieren der Spannung fließen die überschüssigen Ladungen über die Spannungsquelle ab, so dass die Elastomerschicht in die ursprüngliche Form zurückkehrt und aufgrund der gespeicherten elastischen Energie Kräfte ausüben kann.Since the elastomer layer is almost incompressible, the volume remains constant during deformation. When the voltage is reduced, the excess charges flow away via the voltage source, so that the elastomer layer returns to its original shape and can exert forces due to the stored elastic energy.

Dieses Prinzip kann sowohl als Aktor als auch als Sensor genutzt werden und bietet eine Mehrzahl von vielversprechenden technischen Anwendungsmöglichkeiten. Besondere Vorteile dieser dielektrischen Vorrichtungen können sein, dass diese leicht, flexibel und geräuschlos sein können und zudem niedrige Materialkosten verursachen. Allerdings stehen diesen vorteilhaften Anwendungsmöglichkeiten derzeit noch ungelöste fertigungs- und zuverlässigkeitsrelevante Fragestellungen entgegen.This principle can be used both as an actuator and as a sensor and offers a number of promising technical applications. Particular advantages of these dielectric devices can be that they can be light, flexible and noiseless and also cause low material costs. However, these advantageous application options are currently opposed to unresolved production and reliability issues.

Konventionell wird zum Herstellen einer dielektrischen Vorrichtung das fertige Dielektrikum zwischen zwei Elektrodenplatten angeordnet. Ferner sind Laminierverfahren bekannt, bei welchen eine Elektrodenfolie und ein fertiges Dielektrikum laminiert werden. Allerdings sollte das für einen gebrauchsoptimalen Spannungsbereich erwünschte Material besonders dünn sein, wofür aber die aus dem Stand der Technik bekannten Laminierverfahren nicht geeignet sind.Conventionally, to fabricate a dielectric device, the finished dielectric is sandwiched between two electrode plates. Furthermore, laminating methods are known in which an electrode foil and a finished dielectric are laminated. However, the material desired for a voltage range that is optimal for use should be particularly thin, for which the laminating methods known from the prior art are not suitable.

Für die Herstellung, insbesondere die grossvolumige industrielle Herstellung, von dielektrischen Vorrichtungen werden daher neue Herstellungsverfahren gesucht, welche diese Problematik vereinfachen. Insbesondere sind Herstellungsverfahren von Interesse, welche bei der Komprimierung einer dielektrischen Vorrichtung keine seitlichen (x- und y-Richtung) Elastomerauspressungen produzieren.For the production, in particular the large-volume industrial production, of dielectric devices, new production processes are therefore being sought which simplify this problem. Of particular interest are fabrication methods that do not produce lateral (x and y direction) elastomer extrusions upon compression of a dielectric device.

DE 10 2014 201 689 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Silikonmehrschichtverbunden. Aufgabe ist es, kontinuierlich sehr dünne und gleichmäßige Silikonmehrschichtverbunde herzustellen, welche eine Dicke zwischen 0,1 und 200 µm aufweisen und eine Genauigkeit von +/- 5%. DE 10 2014 201 689 A1 describes a process for the production of silicone multi-layer composites. The task is to continuously produce very thin and uniform silicone multi-layer composites, which have a thickness between 0.1 and 200 µm and an accuracy of +/- 5%.

DE 10 2017 120 210 A1 beschreibt ein Schichtabfolge-Element, welches zum Herstellen eines dielektrischen Elastomerwandlers verwendet werden soll. Man möchte eine möglichst dünne Elastomerschicht mit einer Dicke von weniger als 10 µm bereitstellen und schlägt das Verwenden eines Schichtabfolge-Element Rohlings vor, welcher in ein flüssiges Elastomer (z.B. Silikonmaterial) getaucht wird. DE 10 2017 120 210 A1 describes a stacked-layer element to be used for fabricating a dielectric elastomeric transducer. One would like to provide an elastomer layer that is as thin as possible with a thickness of less than 10 μm and it is proposed to use a layer sequence element blank which is immersed in a liquid elastomer (eg silicone material).

DE 10 2014 005 851 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von Elastomer-Aktuatoren mittels eines Rolle-zu-Rolle Verfahrens. Es soll eine besonders dünne Elastomerfolie (weniger als 10 µm) bereitgestellt werden. Das Elastomermaterial wird auf eine Trägerfolie aufgebracht und eine Elektrodenschicht wird darüber angeordnet. Als Transportmittel werden Transportperforationen eingesetzt. DE 10 2014 005 851 A1 describes a method for manufacturing elastomeric actuators using a roll-to-roll process. A particularly thin elastomer film (less than 10 μm) is to be provided. The elastomeric material is applied to a carrier film and an electrode layer is placed over it. Transport perforations are used as means of transport.

WO 2009 / 112 988 A1 beschreibt ein Herstellungsverfahren eines Elastomers für einen DEAS, wobei nach anstelle eines Elastomers auch ein Polymerschaum (Silikon, Polyurethan etc.) verwendet werden kann. WO 2006 / 077 403 A1 wiederum beschreibt detailliert ein Verfahren zum Bereitstellen eines Silikon-Schaums, erwähnt aber keinen DEAS. WO 2009/112 988 A1 describes a manufacturing process for an elastomer for a DEAS, in which case a polymer foam (silicone, polyurethane, etc.) can also be used instead of an elastomer. WO 2006/077 403 A1 again details a method of providing a silicone foam but makes no mention of DEAS.

DE 10 2012 016 378 A1 beschreibt einen dielektrischen Elastomeraktor und ein entsprechendes Herstellungsverfahren. Der DEAS weist eine dielektrische Polymerschicht auf, in welche Vertiefungen eingebracht sind, z.B. mittels eines Laserstrahls. DE 10 2012 016 378 A1 describes a dielectric elastomer actuator and a corresponding manufacturing method. The DEAS has a dielectric polymer layer in which depressions are introduced, for example by means of a laser beam.

DE 10 2018 105 521 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines linearen elektroaktiven koaxialen Polymeraktors. Der Polymeraktor ist länglich (kabelförmig) ausgebildet und jede aufgetragene Schicht umschließt die zuvor aufgetragene Schicht. Es soll eine möglichst dünne Schichtdicke erreicht werden. DE 10 2018 105 521 A1 describes a method of making a linear electroactive coaxial polymer actuator. The polymer actuator is elongated (cable-shaped) and each applied layer encloses the previously applied layer. The aim is to achieve the thinnest possible layer thickness.

Begonnen wird die Herstellung mit einer ersten Elektrodenschicht, welche gefolgt wird von einer zweiten Elastomer-Schicht.Production starts with a first electrode layer, which is followed by a second elastomer layer.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizientes und robustes Verfahren zum Herstellen eines elastischen Dielektrikums (insbesondere mit einer geringen und konstanten Dicke) für eine dielektrische Vorrichtung bereitzustellen.It is an object of the present invention to provide an efficient and robust method for manufacturing an elastic dielectric (particularly with a small and constant thickness) for a dielectric device.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.This object is solved by the subject matter according to the independent patent claims. Preferred configurations emerge from the dependent patent claims.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren beschrieben zum Herstellen eines elastischen Dielektrikums für eine dielektrische Elastomer Vorrichtung, insbesondere einen dielektrischen Elastomer Aktor und/oder dielektrischen Elastomer Sensor. Das Verfahren weist auf:

• i) Bereitstellen eines Basismaterials, welches eine Basisfläche aufweist, wobei das Basismaterial Teil einer Elektrode ist, und wobei die Basisfläche ein elektrisch leitfähiger, metallischer funktioneller Bereich der Elektrode ist;
• ii) Bilden einer Elastomerschicht aus nicht ausgehärtetem Elastomermaterial auf der Basisfläche, wobei die Elastomerschicht einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, wobei der zweite Bereich auf dem ersten Bereich angeordnet ist, und wobei der erste Bereich räumlich näher an dem Basismaterial angeordnet ist als der zweite Bereich;
• iii) Aushärten des ersten Bereichs der Elastomerschicht; danach
• iv) Einstellen der Dicke der Elastomerschicht durch Entfernen von nicht ausgehärtetem Elastomermaterial des zweiten Bereichs; und danach
• v) Aushärten des zweiten Bereichs der Elastomerschicht derart, dass die Elastomerschicht ein ausgehärtetes und/oder vollständig vernetztes Dielektrikum bildet; wobei das Verfahren in einem reel-to-reel Prozess durchgeführt wird.

According to one aspect of the present invention, a method is described for producing an elastic dielectric for a dielectric elastomer device, in particular a dielectric elastomer actuator and/or dielectric elastomer sensor. The procedure shows:

• i) providing a base material having a base surface, the base material being part of an electrode, and the base surface being an electrically conductive, metallic functional region of the electrode;
• ii) forming an elastomeric layer of uncured elastomeric material on the base surface, the elastomeric layer having a first region and a second region, the second region being disposed on the first region, and the first region being spatially closer to the base material than the second area;
• iii) curing the first portion of the elastomeric layer; thereafter
• iv) adjusting the thickness of the elastomeric layer by removing uncured elastomeric material of the second region; and then
• v) curing the second region of the elastomeric layer such that the elastomeric layer forms a cured and/or fully crosslinked dielectric; the method being carried out in a reel-to-reel process.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer dielektrischen Elastomer Vorrichtung, insbesondere einem dielektrischer Elastomer Aktor und/oder einem dielektrischen Elastomer Sensor, beschrieben. Das Verfahren weist auf: i) Bereitstellens eines elastischen Dielektrikums wie oben beschrieben, hierbei ii) Aufbringen von Elektrodenmaterial auf den noch nicht ausgehärteten zweiten Bereich des Elastomermaterials (insbesondere nach dem Aushärten des ersten Bereichs), und iii) Bilden einer Elektrode aus dem Elektrodenmaterial (insbesondere derart, dass die Elektrode an dem Dielektrikum haftet, bzw. steuerbar haftet).According to a further aspect of the present invention, a method for producing a dielectric elastomer device, in particular a dielectric elastomer actuator and/or a dielectric elastomer sensor, is described. The method comprises: i) providing an elastic dielectric as described above, in this case ii) applying electrode material to the not yet cured second region of the elastomeric material (in particular after curing of the first region), and iii) forming an electrode from the electrode material ( in particular in such a way that the electrode adheres to the dielectric, or adheres in a controllable manner).

Im Rahmen dieses Dokuments kann unter dem Begriff „dielektrischer Aktor (DEA)“ insbesondere ein Aktor verstanden werden, welcher aus zwei Elektroden und einer dazwischenliegenden feder- oder elastizitätsbasierenden dielektrischen Distanzhaltung, insbesondere aus Elastomermaterial, besteht. Die aktorische Wirkung wird durch das Wechselspiel der Federkräfte zwischen den Elektroden(platten) einerseits und der Coulombschen Anziehung zwischen den Elektroden andererseits verstanden.In the context of this document, the term “dielectric actuator (DEA)” can be understood to mean, in particular, an actuator which consists of two electrodes and an intermediate spring-based or elasticity-based dielectric spacer, in particular made of elastomer material. The actuator effect is understood by the interplay of the spring forces between the electrodes (plates) on the one hand and the Coulomb attraction between the electrodes on the other.

Im Rahmen dieses Dokuments kann unter dem Begriff „dielektrischer Sensor (DES)“ insbesondere ein Sensor verstanden werden, welcher aus zwei Elektroden und einer dazwischenliegenden feder- oder elastizitätsbasierenden dielektrischen Distanzhaltung, insbesondere aus Elastomermaterial, besteht. Die sensorische Messgrösse wird aus der durch den Elektrodenabstand bestimmten Kapazität, bzw. durch die bei Distanzänderungen des Elektrodenabstandes entstehende Kapazitätsveränderung gewonnen.In the context of this document, the term “dielectric sensor (DES)” can be understood to mean, in particular, a sensor which consists of two electrodes and an intermediate spring-based or elasticity-based dielectric spacer, in particular made of elastomer material. The sensory measured variable is obtained from the capacitance determined by the distance between the electrodes, or from the change in capacitance that occurs when the distance between the electrodes changes.

Im Rahmen dieses Dokuments kann unter dem Begriff „dielektrischer Aktor und Sensor (DEAS)“ insbesondere eine Kombination der Prinzipien von DEA und DES in einem System verstanden werden. Merkmale, welche für einen DEA gelten, können auch für einen DES gelten und umgekehrt.In the context of this document, the term "dielectric actuator and sensor (DEAS)" can be understood in particular as a combination of the principles of DEA and DES in one system will. Features that apply to a DEA can also apply to a DES and vice versa.

Im Rahmen dieses Dokuments kann das beschriebene Koordinatensystem so verstanden werden, dass die Richtungen x und y (als Haupterstreckungsrichtungen) die Fläche einer Elektrode aufspannen und die Höhenrichtung z hierzu entlang der Distanzrichtung von zwei einander gegenüberliegenden (parallel ausgerichteten) Elektroden ausgerichtet ist. In einem Ausführungsbeispiel hinsichtlich eines Herstellungsprozesses kann x der Breite (cross-direction (CD) bei einer reel-to-reel Produktion) und y der Verarbeitungsrichtung (machine direction (MD) bei einer reel-to-reel Produktion) entsprechen.In the context of this document, the coordinate system described can be understood in such a way that the directions x and y (as main directions of extent) span the surface of an electrode and the height direction z is aligned along the distance direction of two opposite (parallel aligned) electrodes. In an exemplary embodiment with regard to a manufacturing process, x can correspond to the width (cross-direction (CD) in reel-to-reel production) and y to the processing direction (machine direction (MD) in reel-to-reel production).

Im Rahmen dieses Dokuments kann unter dem Begriff „Elektrode“ insbesondere ein Elektronenleiter verstanden werden, der mit einer Gegenelektrode (dann als Anode und Kathode bezeichnet, bzw. als ein Pluspol und ein Minuspol) via einem zwischen den beiden Elektroden befindlichen (dielektrischen) Medium in Wechselwirkung steht. Auf diese Weise kann ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden erzeugt werden. Eine Elektrode kann hierbei einen „funktionellen (aktiven) Bereich“ aufweisen oder auch vollständig aus dem funktionellen Bereich bestehen. Der funktionelle Bereich ist elektrisch leitfähig (insbesondere ein Metall aufweisend) und kann damit den aktiven Teil der Elektrode bilden, welcher elektrisch mit der Gegenelektrode in Wechselwirkung tritt. Ferner kann eine Elektrode einen elektrisch nicht leitfähigen Bereich, z.B. ein Trägermaterial, aufweisen, auf welchen der funktionelle Bereich (z.B. als Metallfolie) aufgebracht ist. Weiterhin kann eine Elektrode einen (elektrisch leitfähigen) Kontaktbereich aufweisen, an welchem die Elektrode kontaktiert werden kann, bzw. an welchem eine Spannung angelegt werden kann. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Metall der Elektrode (bzw. des funktionellen Bereiches) zumindest eines aus der Gruppe, welche besteht aus: Ag, Al, Au, Be, Cr, Cu, Fe, In, Mg, Mo, Ni, Pb, Pd, Pt, Rh, Sb, Sn, Ti, Zn, sowie Legierungen daraus. Legierungsbestandteile unter 2% Gewichtsanteil können auch aus weiteren Metallen bestehen (z.B. Si, As, etc.). Legierungen können zum Beispiel umfassen: Eisenlegierung, Messing, Bronze, Edelstahl, Aluminium, etc. Um z.B. Unverträglichkeiten (beispielsweise Kupfer auf Polymer) zu vermeiden, sind auch Metall-Mehrschichtaufbauten möglich.In the context of this document, the term "electrode" can be understood in particular as an electron conductor which is connected to a counter-electrode (then referred to as anode and cathode, or as a positive pole and a negative pole) via a (dielectric) medium located between the two electrodes in interaction stands. In this way, an electric field can be generated between the electrodes. An electrode can have a "functional (active) area" or consist entirely of the functional area. The functional area is electrically conductive (particularly containing a metal) and can thus form the active part of the electrode, which electrically interacts with the counter-electrode. Furthermore, an electrode can have an electrically non-conductive area, e.g. a carrier material, to which the functional area (e.g. as a metal foil) is applied. Furthermore, an electrode can have an (electrically conductive) contact area, to which the electrode can be contacted, or to which a voltage can be applied. According to one embodiment, the metal of the electrode (or of the functional area) is at least one from the group consisting of: Ag, Al, Au, Be, Cr, Cu, Fe, In, Mg, Mo, Ni, Pb, Pd , Pt, Rh, Sb, Sn, Ti, Zn, and alloys thereof. Alloy components below 2% by weight can also consist of other metals (e.g. Si, As, etc.). Alloys can include, for example: iron alloys, brass, bronze, stainless steel, aluminum, etc. In order to avoid incompatibilities (e.g. copper on polymer), multi-layer metal structures are also possible.

Im Rahmen dieses Dokuments kann der Begriff „Dielektrikum“ insbesondere jedes Material (bzw. Substanz) bezeichnen, in welchem Ladungsträger im Wesentlichen nicht frei beweglich sind. Dadurch ergibt sich eine elektrisch schwach leitende bis nicht leitende Eigenschaft. Ein Dielektrikum kann z.B. ein Polymer, insbesondere ein Elastomer, sein. Ein Dielektrikum kann kein Metall sein. Bezüglich einer dielektrischen Vorrichtung kann das Dielektrikum ein elastisches Dielektrikum, z.B. ein dielektrisches Polymer (DE) sein. Dielektrische Polymere werden zusammen mit piezoelektrischen Polymeren und elektrostriktiven Polymeren auch als elektroaktive Polymere (EAP) bezeichnet.In the context of this document, the term “dielectric” can refer in particular to any material (or substance) in which charge carriers are essentially not freely movable. This results in an electrically weakly conductive to non-conductive property. A dielectric can, for example, be a polymer, in particular an elastomer. A dielectric cannot be metal. Regarding a dielectric device, the dielectric can be an elastic dielectric, e.g., a dielectric polymer (DE). Dielectric polymers are also known as electroactive polymers (EAP) along with piezoelectric polymers and electrostrictive polymers.

Im Rahmen dieses Dokuments kann unter dem Begriff „Elastomermaterial“ insbesondere ein elastisches (Polymer) Material verstanden werden, aus welchem (z.B. durch Formen und Aushärten) ein elastisches Dielektrikum hergestellt werden kann. Das Elastomermaterial kann homogen sein oder eine Mischung verschiedener Elastomermaterialien aufweisen. Ferner kann das Elastomermaterial auch Verstärkungselemente (z.B. Glasfasern) aufweisen. Das Elastomermaterial kann in einem nicht-ausgehärteten Zustand (z.B. nicht vollständig vernetzt und/oder im Wesentlichen nicht fest) auf ein Basismaterial aufgetragen werden. Das Elastomermaterial kann die Eigenschaft aufweisen, dass es von einem nicht-ausgehärteten Zustand in einen ausgehärteten Zustand übergehen kann. Sowohl duroplastische als auch thermoplastische Kunststoffe mit elastischen Eigenschaften können als Elastomermaterial geeignet sein, besonders bevorzugt können vernetzte Elastomere sein, da diese in weiten Bereichen nicht temperaturabhängig sind.In the context of this document, the term “elastomeric material” can be understood in particular as an elastic (polymer) material from which an elastic dielectric can be produced (e.g. by molding and curing). The elastomeric material can be homogeneous or contain a mixture of different elastomeric materials. Furthermore, the elastomeric material can also have reinforcing elements (e.g. glass fibers). The elastomeric material may be applied to a base material in an uncured state (e.g., not fully crosslinked and/or substantially non-set). The elastomeric material may have the property of being able to transition from an uncured state to a cured state. Both duroplastic and thermoplastic plastics with elastic properties can be suitable as elastomer material; crosslinked elastomers can be particularly preferred, since these are not temperature-dependent over a wide range.

In diesem Dokument können unter dem Begriff „Aushärten“ insbesondere eine Vielzahl von unterschiedlichen Formen einer Materialverfestigung bzw. einer Erhöhung der Materialviskosität verstanden werden. Bei einem Aushärteprozess kann ein Material von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand übergehen, wobei das Material in dem zweiten Zustand fester ist als in dem ersten Zustand. Weiterhin kann die Viskosität des ersten Zustandes deutlich geringer sein als die Viskosität des zweiten Zustandes. Ein Aushärten kann z.B. zumindest einen der folgenden Prozesse umfassen: Vernetzungen, thermische Erstarrungsprozesse, Trocknungsreaktionen, Gelierungsprozesse. In einem Beispiel wird ein nicht-ausgehärtetes, zumindest teilweise flüssiges Elastomermaterial (z.B. in einem Lösungsmittel oder einem Suspensionsmedium) auf eine Elektrode aufgetragen. Bei einem Aushärten (z.B. durch Trocknung des Lösungsmittels/Suspensionsmediums und/oder einem Vernetzen des Elastomermaterials, insbesondere einem gezielt gesteuerten Vernetzen z.B. mittels UV-Bestrahlung) kann das Elastomermaterial eine im Wesentlichen festere Form aufweisen und/oder eine höhere Viskosität aufweisen als das nichtausgehärtete Elastomermaterial. Insbesondere kann das ausgehärtete Elastomermaterial als Dielektrikum eingesetzt werden. In einem Ausführungsbeispiel kann ein „Aushärten“ auch ein „noch nicht vollständiges Vernetzen“ bezeichnen. Der Begriff „vollständig vernetzt“ kann in diesem Zusammenhang auch „im Wesentlichen vollständig vernetzt“ bedeuten, wobei unvermeidbare nicht vernetzte Rückstände toleriert werden.In this document, the term “curing” can be understood to mean, in particular, a large number of different forms of material hardening or an increase in material viscosity. In a curing process, a material may transition from a first state to a second state, where the material is stronger in the second state than in the first state. Furthermore, the viscosity of the first state can be significantly lower than the viscosity of the second state. Curing can, for example, include at least one of the following processes: crosslinking, thermal solidification processes, drying reactions, gelling processes. In one example, an uncured, at least partially liquid, elastomeric material (eg, in a solvent or suspending medium) is applied to an electrode. When curing (e.g. by drying the solvent/suspension medium and/or crosslinking of the elastomeric material, in particular targeted controlled crosslinking, e.g. by means of UV radiation), the elastomeric material can have a substantially more solid form and/or have a higher viscosity than the uncured elastomeric material . In particular, the cured elastomeric material can be used as a dielectric. In one exemplary embodiment, “curing” can also refer to “crosslinking that is not yet complete”. The term "fully networked" can be used in this context also mean "essentially fully crosslinked", with unavoidable uncrosslinked residues being tolerated.

Im Rahmen dieses Dokuments kann unter dem Begriff „im Wesentlichen fest“ insbesondere verstanden werden, dass ein Material (insbesondere ein elastisches Dielektrikum) prinzipiell in einem festen Zustand vorliegt bzw. als Feststoff wahrgenommen werden kann. Beispielsweise liegen Silikonpolymere und Gläser prinzipiell in einem festen Zustand vor, obwohl sie chemisch betrachtet (unterkühlte) Fluide sind. Gleiche Betrachtung lässt sich auch auf Elastomermaterial anwenden, welches in einem nicht ausgehärteten (bzw. nicht vollständig vernetzten) Zustand nicht fest ist, während es in einem ausgehärteten (bzw. vollständig vernetzten) Zustand als fest anzusehen ist. Der Begriff „im Wesentlichen fest“ kann auch mittels der Viskosität beschrieben werden. So kann ein Material mit einer Viskosität von z.B. über 10⁸ Ns/m² als (im Wesentlichen) fest angesehen werden.In the context of this document, the term “substantially solid” can be understood in particular to mean that a material (in particular an elastic dielectric) is in principle in a solid state or can be perceived as a solid. For example, silicone polymers and glasses are principally in a solid state, although chemically speaking they are (supercooled) fluids. The same consideration can also be applied to elastomeric material which is not solid in an uncured (or not fully crosslinked) state, while it is to be considered solid in a cured (or fully crosslinked) state. The term "substantially solid" can also be described in terms of viscosity. For example, a material with a viscosity of more than 10 ⁸ Ns/m ² can be regarded as (substantially) solid.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Erfindung auf der Idee basieren, dass ein besonders dünnes Dielektrikum mit besonders konstanter Dicke für eine dielektrische Vorrichtung bereitgestellt werden kann, wenn ein noch nicht ausgehärtetes Elastomermaterial (z.B. ein zumindest teilweise flüssiges Polymer) direkt auf einem Basismaterial (insbesondere eine Elektrode) abgeschieden wird, und wobei ein Einstellen der Schichtdicke zwischen einem (gezielten) Aushärten des unteren Bereichs (näher an dem Basismaterial) des Elastomermaterials und einem (gezielten) Aushärten des oberen Bereichs des Elastomermaterials durchgeführt wird. Durch das Einstellen der Schichtdicke auf einem ausgehärteten (vernetzten) stabilisierenden unteren Elastomerbereich kann ein besonders vorteilhaftes elastisches Dielektrikum bereitgestellt werden, dessen Dicke konstant, homogen, und dünn ist. Dadurch können Feldverschiebungen reduziert und die Sensitivität (z.B. eines dielektrischen Aktors/Sensors) erhöht werden.According to an exemplary embodiment, the invention can be based on the idea that a particularly thin dielectric with a particularly constant thickness can be provided for a dielectric device if a not yet cured elastomeric material (e.g. an at least partially liquid polymer) is applied directly to a base material (in particular a Electrode) is deposited, and wherein the layer thickness is adjusted between (targeted) curing of the lower region (closer to the base material) of the elastomeric material and (targeted) curing of the upper region of the elastomeric material. By adjusting the layer thickness on a cured (crosslinked) stabilizing lower elastomer region, a particularly advantageous elastic dielectric can be provided, the thickness of which is constant, homogeneous and thin. As a result, field shifts can be reduced and the sensitivity (e.g. of a dielectric actuator/sensor) increased.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das beschriebene Verfahren die folgenden Vorteile ermöglichen:

• i) Aussergewöhnliche Reinheit der beteiligten Komponenten. Bereits bei minimalen Fremdmaterialanteilen könnte eine Feldstörung produziert werden, welche dann eine reduzierte Hochspannungsfestigkeit in einer dielektrischen Vorrichtung bewirkt.
• ii) Besondere Homogenität der noch flüssigen Materialien. Mangelhafte Homogenität in den Ausgangsmaterialien kann zu einer Verschiebung der relativen Dielektrizitätskonstante im Inneren des Materials führen, was wiederum eine Feldverzerrung bewirken kann. Entsprechende Feldverzerrungen können ebenfalls zu einer tieferen Hochspannungsfestigkeit oder einer damit verbundenen reduzierten Lebenserwartung des entsprechenden Bauteils führen. iii) Vermeidung von Lufteinschlüssen. Diese können ebenfalls eine Feldverzerrung mit den oben genannten Folgen bei einer für dielektrische Vorrichtungen üblichen hohen Spannung auslösen.
• iv) Dickenvariationen minimieren. Dadurch können weniger relevante Feldverschiebungen auftreten. Es wurde gefunden, dass ab einer Dickengenauigkeit von 20%, und genauer, über die gesamte Fläche ein erwünschtes Ergebnis erzielt werden konnte. Bei Dickengenauigkeiten von unter 5% wurden besonders erwünschte Ergebnisse erreicht. Bei Dicken von 20 Mikrometern bedeuten 20 Prozent bereits eine Präzision von 4 Mikrometern, was einem 25-igstel des Durchmessers eines menschlichen Haares entspricht. Solche Produktionsergebnisse bedürfen der Kombination der Kompetenzen von verschiedenen Fachgebieten wie Verfahrenstechnik, Chemie, Mechatronik, und Regeltechnik.
• v) Vermeidung einer anisotropen Elastomerausgestaltung. Eine solche kann durch Laminierprozesse oder anderen Verfahren entstehen, bei welchen eine dünne Folie abgerollt wird und so aufgrund der Abzugsspannung eine Anisotropie bezüglich der Elastizitätseigenschaften geschaffen ist. Dies kann eine Nichtlinearität in der Bewegungsfreiheit in z-Richtung bewirken.

According to an exemplary embodiment, the method described can enable the following advantages:

• i) Exceptional purity of the components involved. Even minimal amounts of foreign material could produce a field disturbance, which then causes a reduced high voltage withstand capability in a dielectric device.
• ii) Particular homogeneity of the still liquid materials. Poor homogeneity in the starting materials can lead to a shift in the relative dielectric constant inside the material, which in turn can cause field distortion. Corresponding field distortions can also lead to a lower high-voltage strength or an associated reduced life expectancy of the corresponding component. iii) avoidance of air pockets. These can also induce field distortion with the above consequences at high voltage common for dielectric devices.
• iv) minimize thickness variations. As a result, less relevant field shifts can occur. It was found that from a thickness accuracy of 20%, and more precisely, over the entire surface, a desired result could be achieved. Particularly desirable results have been achieved with thickness accuracies of less than 5%. At a thickness of 20 microns, 20 percent already means a precision of 4 microns, which corresponds to 1/25th the diameter of a human hair. Such production results require the combination of competencies from different fields such as process engineering, chemistry, mechatronics and control technology.
• v) avoidance of an anisotropic elastomer design. This can be caused by laminating processes or other methods in which a thin film is unrolled and an anisotropy with regard to the elasticity properties is thus created due to the peeling tension. This can cause a non-linearity in the freedom of movement in the z-direction.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der erste Bereich eine Dicke von 350 µm oder weniger, insbesondere 300 µm oder weniger, insbesondere 200 µm oder weniger, insbesondere 100 µm oder weniger, weiter insbesondere 20 µm oder weniger, weiter insbesondere 5 µm oder weniger, auf. Dies hat den Vorteil, dass ein besonders dünner Bereich effektiv vorverfestigt werden kann, um eine stabile Basis zum Einstellen der Dicke bereitzustellen.According to one embodiment, the first region has a thickness of 350 μm or less, in particular 300 μm or less, in particular 200 μm or less, in particular 100 μm or less, more particularly 20 μm or less, more particularly 5 μm or less. This has the advantage that a particularly thin area can be effectively pre-consolidated to provide a stable basis for adjusting the thickness.

Ein Optimieren der gewünschten Endeigenschaften des Dielektrikums (z.B. konstante und geringe Dicke) kann besonders vorteilhaft gelingen, wenn eine initiale partielle Vorverfestigung des Elastomermaterials durchgeführt wird. Dieses gezielte Aushärten kann insbesondere in einem ersten Bereichs (Nahzone) des Elastomermaterials direkt an dem Basismaterial (z.B. Trägerfolie) durchgeführt werden. Besonders zweckdienliche Ergebnisse wurden mit einer Nahzone mit einem ersten Bereich von 0 bis 200 µm erreicht. Besonders bevorzugte Ergebnisse wurden für noch geringere Dicken, z.B. von 0 bis 20 µm erzielt.Optimizing the desired final properties of the dielectric (e.g. constant and small thickness) can be achieved particularly advantageously if an initial partial pre-solidification of the elastomer material is carried out. This targeted curing can be carried out directly on the base material (e.g. carrier foil) in particular in a first area (near zone) of the elastomer material. Particularly useful results have been obtained with a near zone having a first range of 0 to 200 µm. Particularly preferred results have been obtained for even smaller thicknesses, e.g., from 0 to 20 µm.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Einstellen der Dicke der Elastomerschicht ferner auf: teilweises Entfernen von nicht ausgehärtetem Elastomermaterial des zweiten Bereichs und/oder Hinzufügen von nicht ausgehärtetem Elastomermaterial zu dem zweiten Bereich. Dies hat den Vorteil, dass die gewünschten Endeigenschaften des Dielektrikums flexibel und gezielt gesteuert werden können.According to another embodiment, adjusting the thickness of the elastomeric layer further includes: partially removing uncured elastomeric material of the second region and/or adding uncured elastomeric material to the second region. This has the advantage that the desired end properties of the dielectric can be flexibly and specifically controlled.

Wie oben beschrieben, wird auf die Basisfläche des Basismaterials ein zuerst noch flüssiges (nicht ausgehärtetes) Dielektrikum abgeschieden, für welches die relevanten Enddicken nach Verfestigung, von z.B. unter 200 Mikrometern, in dem unteren Bereich erreicht werden. Zum Einstellen der gewünschten Dicke kann entweder ein entsprechender Mehrauftrag aufgebracht werden (im Falle, dass nach der Verfestigung (Aushärten, Vernetzung) die Dicke reduziert wird), oder es kann eine entsprechende Abtragung (Entfernen) durchgeführt werden. As described above, an initially still liquid (uncured) dielectric is deposited on the base surface of the base material, for which the relevant final thicknesses after solidification, of e.g. less than 200 microns, are achieved in the lower region. To set the desired thickness, either a corresponding additional application can be applied (in the event that the thickness is reduced after solidification (hardening, crosslinking)), or appropriate ablation (removal) can be carried out.

Ein solch dünner Auftrag kann z.B. gewählt wird, wenn das Elastomermaterial während des Verfestigens Quellungen aufweist.Such a thin application can be selected, for example, if the elastomeric material swells during solidification.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Einstellen der Dicke der Elastomerschicht auf: Einstellen der Dicke (insbesondere mittels Entfernen oder Hinzufügen von nicht ausgehärtetem Elastomermaterial) derart, dass das elastische Dielektrikum eine Dicke von 200 µm oder weniger, insbesondere 150 µm oder weniger, weiter insbesondere 100 µm oder weniger, aufweist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass ein besonders dünnes Dielektrikum bereitgestellt wird, wodurch z.B. Feldverschiebungen unterdrückt werden können.According to a further exemplary embodiment, adjusting the thickness of the elastomer layer includes: Adjusting the thickness (in particular by removing or adding uncured elastomer material) in such a way that the elastic dielectric has a thickness of 200 μm or less, in particular 150 μm or less, more particularly 100 µm or less. In particular, this has the advantage that a particularly thin dielectric is provided, as a result of which, for example, field shifts can be suppressed.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Basismaterial eine Dicke von 50 µm oder weniger auf. Dies hat den Vorteil, dass eine besonders dünne dielektrische Vorrichtung bereitgestellt werden kann, wobei das Basismaterial aber noch robust genug ist, um das Abscheiden des Dielektrikums zu stabilisieren. Insbesondere in Zusammenhang mit dielektrischen Vorrichtungen wie Aktoren oder Sensoren können geringe Dicken besonders vorteilhaft (z.B. in Hinblick auf Sensivität) sein.According to a further exemplary embodiment, the base material has a thickness of 50 μm or less. This has the advantage that a particularly thin dielectric device can be provided, but the base material is still robust enough to stabilize the deposition of the dielectric. Especially in connection with dielectric devices such as actuators or sensors, small thicknesses can be particularly advantageous (e.g. with regard to sensitivity).

Die Elektrode kann eine Gesamtdicke (z.B. elektrisch leitfähiges Material und Trägermaterial zusammen) von unter 50 Mikrometern aufweisen. Bei grösseren Dicken würde die Elektrodendicke gegenüber der Dielektrikumdicke zu groß, so dass gewünschte Aktor- oder Sensorsensivitäten zu stark reduziert werden.The electrode may have a total thickness (e.g., electrically conductive material and substrate combined) of less than 50 micrometers. In the case of greater thicknesses, the electrode thickness would be too large compared to the dielectric thickness, with the result that the desired actuator or sensor sensitivities are reduced too greatly.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Basismaterial Teil einer Elektrode.According to a further embodiment, the base material is part of an electrode.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Basisfläche ein elektrisch leitfähiger, insbesondere metallischer, funktioneller Bereich der Elektrode. Dies hat den Vorteil, dass das elastische Dielektrikum direkt auf einer Elektrode bereitgestellt werden kann, wodurch die Herstellung einer dielektrischen Vorrichtung schnell und effizient gelingt.According to a further exemplary embodiment, the base area is an electrically conductive, in particular metallic, functional area of the electrode. This has the advantage that the elastic dielectric can be provided directly on an electrode, as a result of which a dielectric device can be produced quickly and efficiently.

Eine Elektrode kann einen „funktionellen (aktiven) Bereich“ aufweisen oder auch vollständig aus dem funktionellen Bereich bestehen. Der funktionelle Bereich ist elektrisch leitfähig (insbesondere ein Metall aufweisend) und kann damit den aktiven Teil der Elektrode bilden, welcher elektrisch mit einer Gegenelektrode in Wechselwirkung tritt. Der funktionelle Bereich kann die Basisfläche aufweisen, so dass das Dielektrikum direkt an der vorgesehenen Position abgeschieden werden kann.An electrode can have a "functional (active) area" or can consist entirely of the functional area. The functional area is electrically conductive (in particular containing a metal) and can thus form the active part of the electrode, which electrically interacts with a counter-electrode. The functional area can have the base area, so that the dielectric can be deposited directly at the intended position.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Elektrode eine Mehrschicht-Elektrode, welche ein Trägermaterial, insbesondere ein Polymer, aufweist. Hierbei ist der funktionelle Bereich auf dem Trägermaterial aufgebracht, insbesondere aufgedampft. Dies kann den Vorteil haben, dass die Elektrode flexibel und/oder stabil aufgebaut werden kann.According to a further exemplary embodiment, the electrode is a multilayer electrode which has a carrier material, in particular a polymer. In this case, the functional area is applied to the carrier material, in particular vapor-deposited. This can have the advantage that the electrode can be constructed flexibly and/or stably.

In einem Ausführungsbeispiel wird zum Herstellen der Elektrode eine metallische (leitfähige) Beschichtung auf ein Trägermaterial aufgebracht. Das Trägermaterial kann z.B. ein isolierendes Gewebe und/oder ein Vlies sein. Dabei kann die Beschichtungsdicke kleiner oder sehr viel kleiner als die Dicke des isolierenden Trägermaterials sein. Die Strukturierungen (z.B. als Öffnungen, Bewegungszonen, Verdrängungsraum) können durch einen inhärenten konstruktiven Aufbau des Trägermaterials gegeben sein. In einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht die Elektrode aus einem leitfähigen Vlies und/oder Gewebe und/oder einer metallischen Membrane, welche mit einem Isolator beschichtet oder zumindest in direktem Kontakt mit dem Isolator ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Elektrode einen mehrschichtigen Aufbau auf. Beispielsweise kann dieser schichtweise Aufbau aus verschiedenen Materialien, insbesondere aus verschiedenen Metallen, bestehen. Elektrisch isolierendes Trägermaterial kann innerhalb der dielektrischen Vorrichtung über eine Überbrückungsstruktur mechanisch oder elektrisch überbrückt werden, um den funktionellen Bereich zu kontaktieren.In one embodiment, a metallic (conductive) coating is applied to a carrier material to produce the electrode. The carrier material can be an insulating fabric and/or a fleece, for example. In this case, the coating thickness can be smaller or very much smaller than the thickness of the insulating carrier material. The structuring (e.g. as openings, movement zones, displacement space) can be given by an inherent constructive structure of the carrier material. In a further exemplary embodiment, the electrode consists of a conductive fleece and/or fabric and/or a metallic membrane which is coated with an insulator or is at least in direct contact with the insulator. According to a further exemplary embodiment, the electrode has a multilayer structure. For example, this layered structure can consist of different materials, in particular different metals. Electrically insulating carrier material can be mechanically or electrically bridged within the dielectric device via a bridging structure in order to contact the functional area.

Das Trägermaterial kann vorteilhaft besonders stabil sein, um als Basisplattform den Metallbereich (funktioneller Bereich) effizient zu tragen und Bewegungen des Elastomers in x- und y-Richtung zu begrenzen. In einem Beispiel kann die gesamte Elektrode z.B. eine Dicke um 50 µm aufweisen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Elektrode als eine metallisierte Polyesterfolie, insbesondere als ein Steinerfilm (Kondensatorfolien der Firma Steiner GmbH, D-57339 Erndtebrück, z.B. Steinerfilm T), ausgebildet.The carrier material can advantageously be particularly stable in order to efficiently support the metal area (functional area) as a base platform and to limit movements of the elastomer in the x and y directions. In one example, the entire electrode can have a thickness of around 50 μm, for example. According to one embodiment, the electrode as a metallized polyester film, in particular as a Steiner film (capacitor films from Steiner GmbH, D-57339 Erndtebrück, eg Steinerfilm T).

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Basismaterial eine Polymerfolie. Insbesondere ist die Basisfläche eine Polymerfläche, weiter insbesondere ist das Basismaterial eine einseitig metallisierte Polymerfolie. Dies kann den Vorteil haben, dass ein besonders stabilisierendes Basismaterial bereitgestellt wird.According to a further embodiment, the base material is a polymer film. In particular, the base area is a polymer area, more particularly the base material is a polymer film metallized on one side. This can have the advantage that a particularly stabilizing base material is provided.

In diesem Ausführungsbeispiel findet das Aufbringen des Elastomermaterials nicht unmittelbar auf der metallischen Elektrode statt, sondern auf eine einseitig metallisierte Polymerfolie. Eine solche kann z.B. eine mit Aluminium als Metall bedampfte Polymer-Folie (z.B. PET, PEN, PSU, PPSU) sein. Eine solche (metallisierte) Polymerfolie kann sehr stabil und robust sein. Durch diese Belastbarkeit kann ein Abscheiden von Elastomermaterial mit relativ hohen Verformungskräften (z.B. Rakeln oder Siebdruck) ermöglicht sein. Dies insbesondere auch bei hohen Viskositäten und Scherkräften (siehe Siloxane). Eine solche Stabilität kann schließlich auch zu einer höheren mechanischen Belastbarkeit einer fertigen dielektrischen Vorrichtung führen.In this exemplary embodiment, the elastomeric material is not applied directly to the metallic electrode, but rather to a polymer film that is metallized on one side. Such a film can be, for example, a polymer film (e.g. PET, PEN, PSU, PPSU) vapor-deposited with aluminum as the metal. Such a (metallized) polymer film can be very stable and robust. This resilience can enable the deposition of elastomeric material with relatively high deformation forces (e.g. squeegeeing or screen printing). This is particularly the case with high viscosities and shearing forces (see siloxanes). Finally, such stability can also lead to a higher mechanical load-bearing capacity of a finished dielectric device.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Basismaterial (z.B. eine Trägerfolie) zumindest teilweise hochtransparent (für elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht). Dies hat den Vorteil, dass eine initiierte Vernetzungsreaktion (insbesondere mittels UV Bestrahlung) effizient (insbesondere verkürzte Vernetzungszeit) und gezielt durchgeführt werden kann.In a further preferred embodiment, the base material (e.g. a carrier film) is at least partially highly transparent (for electromagnetic radiation, in particular light). This has the advantage that an initiated crosslinking reaction (in particular by means of UV irradiation) can be carried out efficiently (in particular a shortened crosslinking time) and in a targeted manner.

In einem Beispiel weist das Basismaterial eine Metallschicht und eine Polymerschicht auf, wobei das Polymermaterial (hoch)transparent ist. Das Elastomermaterial wird auf die Polymerschicht abgeschieden und dann gezielt (teilweise) ausgehärtet mittels UV Bestrahlung. Weil die Polymerfolie (zumindest teilweise) transparent ist, durchquert die UV-Strahlung die Polymerfolie und wird von der darunterliegenden Metallschicht reflektiert, insbesondere total reflektiert. Hierdurch kann die UV Bestrahlung des Elastomermaterial besonders effektiv
sein und die Vernetzungszeit kann sich deutlich verkürzen lassen.In one example, the base material has a metal layer and a polymer layer, the polymer material being (highly) transparent. The elastomeric material is deposited on the polymer layer and then selectively (partially) cured using UV radiation. Because the polymer film is (at least partially) transparent, the UV radiation passes through the polymer film and is reflected, in particular totally reflected, by the underlying metal layer. As a result, the UV irradiation of the elastomer material can be particularly effective
and the crosslinking time can be significantly reduced.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Basismaterial eine Steifigkeit von 1 GPa oder mehr, insbesondere 5 GPa oder mehr, weiter insbesondere 30 GPa oder mehr, auf. Diese besonders hohe Steifigkeit kann den Vorteil haben, dass eine unerwünschte nichtlineare Verformung einer fertigen dielektrischen Vorrichtung im Betrieb unterbunden werden kann. Dies deswegen, weil das Dielektrikum zwischen steifen Basismaterialien weniger zu den Seiten herausgedrückt wird.According to a further exemplary embodiment, the base material has a stiffness of 1 GPa or more, in particular 5 GPa or more, more particularly 30 GPa or more. This particularly high rigidity can have the advantage that an undesired non-linear deformation of a finished dielectric device can be suppressed during operation. This is because the dielectric between stiff base materials is less pushed out to the sides.

In einem Beispiel kann das Basismaterial eine besonders steife Kunststofffolie sein. In einem anderen Beispiel kann das Basismaterial auch eine steife Metallfolie, z.B. aus einem nichtrostenden Metall, sein. Die Steifigkeit des Basismaterials kann dabei helfen, dass das elastische Dielektrikum nicht auf der Seite herausgepresst wird und so eine stark nichtlineare Verformung der dielektrischen Vorrichtung entsteht. Die oben beschriebene Steinerfolie weist z.B. eine Steifigkeit von etwa 5 GPa auf.In one example, the base material can be a particularly rigid plastic film. In another example, the base material can also be a rigid metal foil, e.g., made of a stainless metal. The rigidity of the base material can help prevent the elastic dielectric from being squeezed out on the side, resulting in highly non-linear deformation of the dielectric device. For example, the Steiner foil described above has a stiffness of about 5 GPa.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Basismaterial zumindest teilweise strukturiert und/oder perforiert. Dies kann sowohl den Vorteil bereitstellen, dass ein Verdrängungsraum für das elastische Dielektrikum geschaffen ist, als auch, dass ein (steuerbares) Anhaften des Elastomermaterials an das Basismaterial verbessert ist.According to a further exemplary embodiment, the base material is at least partially structured and/or perforated. This can provide both the advantage that a displacement space is created for the elastic dielectric and that (controllable) adhesion of the elastomeric material to the base material is improved.

Im Rahmen dieses Dokuments kann unter dem Begriff „Strukturierungen“ insbesondere jegliche Struktur eines Basismaterials bzw. einer Elektrode verstanden werden, welche nicht planar mit der Fläche (z.B. bei einer Plattenförmigen Elektrode) der Elektrode ist. In anderen Worten ist die Struktur in einer Höhenrichtung (z) orientiert, welche senkrecht zu den zwei Haupterstreckungsrichtungen (x, y) der Elektrode(nfläche) ist. Strukturierungen können z.B. Ausbuchtungen sein.In the context of this document, the term "structuring" can be understood in particular to mean any structure of a base material or an electrode that is not planar with the surface (e.g. in the case of a plate-shaped electrode) of the electrode. In other words, the structure is oriented in a height direction (z) which is perpendicular to the two main extension directions (x, y) of the electrode (surface). Structures can be e.g. bulges.

Der Begriff „Perforationen“ kann jegliche Öffnung in dem Basismaterial bzw. einer Elektrode bezeichnen. Eine Perforation kann z.B. als Schlitz, Apertur, oder Aussparung ausgebildet sein. Eine solche Perforation kann einen Raum für verdrängtes elastisches Dielektrikum bereitstellen.The term "perforations" can refer to any opening in the base material or an electrode. A perforation can be designed, for example, as a slit, aperture, or recess. Such a perforation can provide a space for displaced elastic dielectric.

In einem Beispiel wird das Basismaterial (bzw. die Basisfläche) vor dem Aufbringen des Elastomermaterials mechanisch verformt, also z.B. strukturiert oder perforiert (z.B. mittels Plasmaverfahren). Dadurch kann die Haftung verbessert werden (wenn z.B. flüssiges Elastomermaterial in die Strukturierungen fließt und dann ausgehärtet wird) und/oder ein Verdrängungsraum für die (vertikale) Verdrängungsbewegung des Elastomers kann geschaffen werden.In one example, the base material (or the base surface) is mechanically deformed before the elastomer material is applied, e.g. structured or perforated (e.g. using plasma processes). As a result, the adhesion can be improved (e.g. if liquid elastomer material flows into the structures and is then cured) and/or a displacement space for the (vertical) displacement movement of the elastomer can be created.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Viskosität des festen Dielektrikums 10⁸ Ns/m² oder mehr (siehe hierzu die Definition des Begriffs „im Wesentlichen fest“ oben). Dies hat den Vorteil, dass das Elastomermaterial mit den erwünschten Eigenschaften ausgehärtet (bzw. vollständig vernetzt) vorliegt und ein vorteilhaftes elastisches Dielektrikum bildet.According to another embodiment, the viscosity of the solid dielectric is 10 ⁸ Ns/m ² or more (see the definition of the term “substantially solid” above). This has the advantage that the elastomeric material is cured (or fully crosslinked) with the desired properties and forms an advantageous elastic dielectric.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner auf: Bilden von Poren in dem Dielektrikum. Insbesondere wobei die Poren einen mittleren Durchmesser von 20 µm oder weniger aufweisen. Insbesondere wobei die Poren 40 Volumenprozent oder weniger des Dielektrikums ausmachen. Dies kann den Vorteil haben, dass überraschend vorteilhafte und erwünschte Poren während des Herstellungsverfahrens auf einfache Weise eingeführt werden können.According to a further exemplary embodiment, the method also includes: forming pores in the dielectric. In particular, the pores have an average diameter of 20 μm or less. In particular, where the pores are 40 percent or less by volume of the dielectric. This can have the advantage that surprisingly advantageous and desirable pores can be easily introduced during the manufacturing process.

Durch die so produzierten Poren bzw. Gasblasen können innerhalb des Dielektrikums Reserveräume entstehen, in welchen das während des Betriebs verdrängte Dielektrikum eindringen kann und bei Verringerung des Elektrodenabstandes nicht seitlich ausweichen muss. Als besonders vorteilhaft haben sich hierbei mikro- bis nanoskaline Poren (Poren < 20 Mikrometer Durchmesser) erwiesen. Ebenfalls besonders vorteilhaft kann eine grosse Zahl (homogen) verteilter Poren sein, welche nicht mehr als 40% des Gesamtvolumens des Dielektrikums ausmachen.The pores or gas bubbles produced in this way can create reserve spaces within the dielectric, into which the dielectric displaced during operation can penetrate and does not have to give way to the side when the electrode spacing is reduced. Micro- to nanoscale pores (pores <20 microns in diameter) have proven particularly advantageous here. A large number of (homogeneously) distributed pores, which make up no more than 40% of the total volume of the dielectric, can also be particularly advantageous.

In einem Ausführungsbeispiel wird das nicht ausgehärtete (flüssige) Dielektrikum mit einem Mittel versehen, das eine mikro- oder nanoskaline Gasblasenexpansion erlaubt. Dieser Expansionsprozess findet idealerweise in der Verfestigungsphase statt, so dass keine oder nur eine minimale Gasblasenkoagulation entsteht.In one embodiment, the uncured (liquid) dielectric is provided with an agent that allows microscale or nanoscale gas bubble expansion. This expansion process ideally takes place in the solidification phase so that no or only minimal gas bubble coagulation occurs.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Bilden von Poren auf: Beaufschlagen der nicht ausgehärteten Elastomerschicht mit einem Fluid, insbesondere CO₂, bei vorbestimmtem Druck, und Absenken des vorbestimmten Drucks während des Aushärtens. Dies hat den Vorteil, dass die überraschend vorteilhaften Poren effizient eingeführt werden können.According to a further exemplary embodiment, the formation of pores includes: subjecting the uncured elastomer layer to a fluid, in particular CO ₂ , at a predetermined pressure, and lowering the predetermined pressure during curing. This has the advantage that the surprisingly advantageous pores can be introduced efficiently.

Ein beispielhafter Prozess zur Herstellung der Poren (Gasblasen) besteht darin, das flüssige Dielektrikum mit CO₂ unter Überdruck zu beaufschlagen und diesen Druck dann beim Verfestigungsprozess abzusenken, so dass das hineindiffundierte CO₂ in der Gasphase expandiert und die Gasblasen bildet.An exemplary process for producing the pores (gas bubbles) consists of subjecting the liquid dielectric to excess pressure of CO ₂ and then reducing this pressure during the solidification process, so that the CO ₂ that has diffused in expands in the gas phase and forms the gas bubbles.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist eine Variation der Dicke des Dielektrikums 20 % oder weniger, insbesondere 5 % oder weniger, bezogen auf die mittlere Dicke auf. Diese besonders vorteilhafte Ausgestaltung mit im Wesentlichen konstanter Dicke ermöglicht einen effizienten Betrieb einer dielektrischen Vorrichtung.According to a further exemplary embodiment, a variation in the thickness of the dielectric is 20% or less, in particular 5% or less, based on the mean thickness. This particularly advantageous configuration with a substantially constant thickness enables efficient operation of a dielectric device.

Bei Dielektrikum-Dicken von 20 Mikrometern bedeuten 20 Prozent schon eine Präzision von 4 Mikrometern, was einem 25-igstel des Durchmessers eines menschlichen Haares entspricht. Zum Erreichen eines solchen Ergebnisses kann eine umfangreiche Kombination der Kompetenzen von verschiedenen Fachgebieten wie Verfahrenstechnik, Chemie, Mechatronik und Regeltechnik notwendig sein.With a dielectric thickness of 20 microns, 20 percent already means a precision of 4 microns, which corresponds to 1/25th the diameter of a human hair. In order to achieve such a result, an extensive combination of skills from different specialist areas such as process engineering, chemistry, mechatronics and control technology may be necessary.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner auf: Zugeben eines Additivs zu dem Elastomermaterial, wobei die Dielektrizitätskonstante des Additivs von der Dielektrizitätskonstante des Elastomermaterials verschieden ist. Dies kann den Vorteil haben, dass erwünschte Eigenschaften des Dielektrikums flexibel steuerbar sind.According to another embodiment, the method further includes: adding an additive to the elastomeric material, wherein the dielectric constant of the additive is different from the dielectric constant of the elastomeric material. This can have the advantage that desired properties of the dielectric can be flexibly controlled.

Additive können beispielsweise Vernetzer, Peroxide, Initiatoren, oder Stabilisatoren umfassen, welche an dem Aushärteprozess (z.B. durch Vernetzungsreaktionen) teilnehmen. In einem anderen Beispiel kann das Additiv auch eine Glasfaser sein, welche eingebettet in Elastomermaterial die Stabilität erhöht.Additives can include, for example, crosslinkers, peroxides, initiators, or stabilizers that participate in the curing process (e.g., through crosslinking reactions). In another example, the additive can also be a glass fiber which, embedded in an elastomeric material, increases stability.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Verfahren in einem reel-to-reel (Rolle zu Rolle) Prozess durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass das beschriebene Verfahren besonders effizient und kostengünstig durchgeführt werden kann.According to a further exemplary embodiment, the method is carried out in a reel-to-reel (reel-to-reel) process. This has the advantage that the method described can be carried out particularly efficiently and inexpensively.

Im Rahmen dieses Dokuments kann der Begriff „reel-to-reel“ insbesondere eine Vorrichtung und/oder ein Verfahren bezeichnen, welche(s) konfiguriert ist einen reel-to-reel Prozess durchzuführen. In einer einfachsten Ausführungsform weist eine reel-to-reel Maschine zwei Rollen auf. Ein Folien-ähnliches Material kann hierbei auf der ersten Rolle aufgewickelt sein und über einen Transportweg mit der zweiten Rolle verbunden sein. Im Betriebszustand können beide Rollen rotieren, vorzugsweise in dieselbe Richtung. Hierbei kann das Folien-ähnliche Material von der ersten Rolle abgewickelt werden, über den Transportweg transportiert werden, und dann auf der zweiten Rolle aufgewickelt werden. Der Transportweg kann hierbei die Möglichkeit bieten, das Folien-ähnliche Material zu bearbeiten und/oder weiteres Material aufzutragen. Beispielsweise kann das Folien-ähnliche Material ein Leiterplattenmaterial sein, welches auf dem Transportweg bestückt wird. In einem anderen Beispiel kann das Folien-ähnliche Material eine Trägerfolie sein, auf welche Elastomermaterial aufgetragen werden kann (z.B. zum Bilden eines elastischen Dielektrikums). In einem weiteren Beispiel kann das Folien-ähnliche Material eine Elastomerfolie sein, aus welcher ein elastisches Dielektrikum hergestellt wird. Ferner kann eine reel-to-reel Maschine so eingerichtet sein, dass über ein Einstellen von Prozessparametern der Herstellungsprozess gezielt beeinflusst werden kann. Beispielsweise derart, dass eine gezielte Streckung und damit eine Vorzugsrichtung in einem Dielektrikum bereitgestellt wird. Die Richtung des Transportweges kann als Maschinenfertigungsrichtung (machine direction, MD) bezeichnet werden. In the context of this document, the term “reel-to-reel” can refer in particular to a device and/or a method which is/are configured to carry out a reel-to-reel process. In the simplest embodiment, a reel-to-reel machine has two reels. A film-like material can be wound onto the first roll and connected to the second roll via a transport path. In the operational state, both rollers can rotate, preferably in the same direction. Here, the foil-like material can be unwound from the first roll, transported via the transport path, and then wound up on the second roll. The transport path can offer the possibility of processing the film-like material and/or applying additional material. For example, the foil-like material can be a printed circuit board material that is populated on the transport route. In another example, the foil-like material may be a carrier foil onto which elastomeric material may be applied (eg, to form an elastic dielectric). In another example, the foil-like material may be an elastomeric foil from which an elastic dielectric is made. Furthermore, a reel-to-reel machine can be set up in such a way that the manufacturing process can be influenced in a targeted manner by setting process parameters. For example, such that a targeted stretching and thus a preferred direction in one Dielectric is provided. The direction of the transport path can be referred to as the machine direction (MD).

Weiterhin kann die senkrecht hierzu orientierte Breite des Transportweges (bzw. Breite des Folien-ähnlichen Materials) als Maschinenbreitenrichtung (cross-direction, CD) bezeichnet werden.Furthermore, the width of the transport path (or width of the foil-like material) oriented perpendicular thereto can be referred to as the machine width direction (cross-direction, CD).

In einem Ausführungsbeispiel wird das Basismaterial in Form einer Folie auf einer Rolle (reel) bereitgestellt und zu einer weiteren Rolle weitertransportiert. Somit liegt das anfängliche Basismaterial und das End- oder Zwischenprodukt in Form einer Folie vor.In one embodiment, the base material is provided in the form of a film on a reel and transported on to another reel. Thus, the initial base material and the final or intermediate product are in the form of a sheet.

Die Schwierigkeit der Prozessführung kann mit einer Verminderung der Wandstärken deutlich ansteigen. Die Kombination hoher Elastizität, ausgeprägtem Dehnungsverhalten und Verletzbarkeit im Dünnbereich, gestattet entweder nur eine Verarbeitung mit bedeutenden MD-CD Unterschieden, oder aber, bei Einhaltung einer quasi spannungsfreien Verarbeitung von Rolle zu Rolle, nur geringe Produktionsgeschwindigkeiten, mit der zusätzlichen Problematik einer faltenfreien Applikation auf den gewünschten Träger.The difficulty of process control can increase significantly with a reduction in wall thickness. The combination of high elasticity, pronounced elongation behavior and vulnerability in the thin area only allows processing with significant MD-CD differences, or only low production speeds if processing is virtually stress-free from roll to roll, with the additional problem of wrinkle-free application the desired carrier.

Prinzipiell können z.B. folgende Anforderungen an ein Elastomer für eine dielektrische Vorrichtung gestellt werden: i) das Material sollte einen tiefen Elastizitätsmodul haben (insbesondere wenn hohe Dehnungen erwünscht sind), ii) die Dielektrizitätskonstante sollte hoch sein, und iii) die Durchschlagsfestigkeit sollte ebenfalls hoch sein. Eine Möglichkeit zur Erhöhung der Durchschlagfestigkeit kann in der mechanischen Vordehnung der dielektrischen Schicht liegen. Bei vorteilhaften Elastomerschichten kann eine Durchschlagfeldstärke von bis zu 235 V/µm vorliegen.In principle, for example, the following requirements can be made of an elastomer for a dielectric device: i) the material should have a low modulus of elasticity (especially if high elongations are desired), ii) the dielectric constant should be high, and iii) the dielectric strength should also be high . One way of increasing the dielectric strength can be mechanical pre-stretching of the dielectric layer. In the case of advantageous elastomer layers, a breakdown field strength of up to 235 V/μm can be present.

Grundsätzlich sind als elastische Dielektrika sowohl Thermoplasten als auch Duroplasten geeignet, doch werden in der Regel die vernetzten Elastomere eingesetzt, da deren Eigenschaften in weiten Bereichen nicht einsatzlimitierend temperaturabhängig sind. Vernetzte Elastomere verändern bei steigender/fallender Temperatur in einem breiten Bereich die elastischen Eigenschaften. Damit können vernetzte Elastomere z.B. für Anwendungen im Automotiv- und Motorbereich besonders geeignet sein und Lösungen für die geforderten Materialeigenschaften bereitstellen. Ausserdem zeigen vernetzte Elastomere eine vorteilhafte Widerstandsfähigkeit, z.B. gegenüber chemischen Angriffen, Lösungsmitteln, Treibstoffen, aber auch gegenüber Ozon und UV-Licht.In principle, both thermoplastics and duroplastics are suitable as elastic dielectrics, but the crosslinked elastomers are usually used, since their properties are not dependent on temperature to a large extent, limiting their use. Cross-linked elastomers change their elastic properties over a wide range as the temperature rises/falls. This means that crosslinked elastomers can be particularly suitable, for example, for applications in the automotive and engine sectors and provide solutions for the required material properties. In addition, crosslinked elastomers show an advantageous resistance, e.g. to chemical attack, solvents, fuels, but also to ozone and UV light.

In einem Ausführungsbeispiel kann das Elastomermaterial zumindest eines aus der Gruppe aufweisen, welche besteht aus: i) einem Dien Polymer (insbesondere zumindest einem von Butadien, Isopren, Dimethylbutadien, Halogenbutadien, Cyclopentadien, Cyclooctadien); ii) einem Elastomer mit einer 1,2 und/oder 1,4 Verknüpfung in cis- und/oder trans-Form; iii) einem Copolymer (z.B. eines der oben genannten Diene) mit einfach ungesättigten Monomeren (insbesondere einem von Stryol, Ethen, Propen, Buten, Acrylnitril, Acrylsäure, Acrylsäureester, Vinylether, Vinylester, Vinylhalogenid); iv) einem unvernetzten Elastomer oder einem vernetzten Elastomer; v) einem Polyadditionselastomer, insbesondere Polyurethan; vi) einem Silikonelastomer, insbesondere einem Polysiloxan; vii) einem Polymergemisch aus zumindest zwei der oben genannten Elastomere. In einem Beispiel weist das Elastomer Naturkautschuk (NR) oder ein Derivat davon auf. In einem weiteren Beispiel weist das Elastomer Nitril-Butadien-Rubber (NBR) oder ein Derivat davon auf.In one embodiment, the elastomeric material may include at least one from the group consisting of: i) a diene polymer (particularly at least one of butadiene, isoprene, dimethylbutadiene, halobutadiene, cyclopentadiene, cyclooctadiene); ii) an elastomer having a 1,2 and/or 1,4 linkage in cis and/or trans form; iii) a copolymer (e.g. any of the dienes mentioned above) with monounsaturated monomers (especially one of styrene, ethene, propene, butene, acrylonitrile, acrylic acid, acrylic acid ester, vinyl ether, vinyl ester, vinyl halide); iv) an uncrosslinked elastomer or a crosslinked elastomer; v) a polyaddition elastomer, in particular polyurethane; vi) a silicone elastomer, in particular a polysiloxane; vii) a polymer blend of at least two of the above elastomers. In one example, the elastomer comprises natural rubber (NR) or a derivative thereof. In another example, the elastomer includes nitrile butadiene rubber (NBR) or a derivative thereof.

Material- und Herstellungsbeispiele zum Bereitstellen als elastische Dielektrika geeigneter Polymere können umfassen:

1. a) Butadien und/oder Isoprenkautschuk, z.B. in 1,4-Verknüpfung mit Comonomeren. Die Vernetzung (durch Vulkanisation) geschieht üblicherweise bei Kautschuktypen mit Doppelbindungen, mittels Schwefel und erhöhter Temperatur. Der Schwefel- und Beschleunigeranteil können dann die Härte bzw. Weichheit und das Dehnverhalten mitbestimmen. Bei gesättigten (hydrierten) Kautschuktypen wird stattdessen mittels Peroxiden oder Azoverbindungen vernetzt. Bei geeigneter Initialisierung ist auch eine UV-Vernetzung möglich. Für dielektrische Vorrichtungen geeignete Materialien können insbesondere umfassen: Naturkautschuk, cis-Polybutadien, cis-Polyisopren und deren CoPolymerisate mit Styrolen oder Acrylnitrilen.
2. b) Acrylpolymere aus langkettigen Acrylsäureestern, gegebenenfalls als Copolymerisate mit unterschiedlichen Vinylverbindungen. Diese können im Zuge der Polymerisation mit z.B. bi-funktionellen Acryl/Vinyl-Verbindungen vernetzt werden.
3. c) Polyurethane, teilvernetzt aus Diolen, Triolen, Polyolen und Diisocyanaten. Die Wahl der Polyole und der Isocyanate kann eine weitgehende Modellierung der gewünschten Eigenschaften zulassen.
4. d) Silikone, z.B. Polymethylsiloxane, die anhand gesteuerter Funktionalitäten und Kettenlängen in einem weiten Bereich den Anforderungen angepasst werden können.

Material and manufacturing examples for providing suitable polymers as elastic dielectrics can include:

1. a) Butadiene and/or isoprene rubber, for example in 1,4-linkage with comonomers. Cross-linking (through vulcanization) usually occurs in the case of types of rubber with double bonds, using sulfur and elevated temperature. The sulfur and accelerator content can then help determine the hardness or softness and the stretching behavior. In the case of saturated (hydrogenated) types of rubber, crosslinking is carried out using peroxides or azo compounds instead. With suitable initialization, UV crosslinking is also possible. Materials suitable for dielectric devices can include, in particular: natural rubber, cis-polybutadiene, cis-polyisoprene and their copolymers with styrenes or acrylonitriles.
2. b) Acrylic polymers from long-chain acrylic acid esters, optionally as copolymers with different vinyl compounds. These can be crosslinked in the course of the polymerization with, for example, bifunctional acrylic/vinyl compounds.
3. c) Polyurethanes, partially crosslinked from diols, triols, polyols and diisocyanates. The choice of the polyols and the isocyanates can allow extensive modeling of the desired properties.
4. d) Silicones, eg polymethylsiloxanes, which can be adapted to the requirements over a wide range using controlled functionalities and chain lengths.

Das Aushärten des Elastomermaterials kann z.B. mittels einer Vernetzungsreaktion und/oder einer Filmbildung durch Abtrocknung aus Lösung und/oder einer Filmbildung durch Abtrocknung aus einer Dispersion durchgeführt werden. Bezüglich der Vernetzung kann diese mit zumindest einem der folgenden Prozesse durchgeführt werden: i) Strahlungsvernetzung (bevorzugt durch UV-Strahlung), ii) Elektronenvernetzung (z.B. durch eine Elektronenstrahlenquelle), iii) thermisch initiierte Radikalvernetzung, iv) thermische Schwefelvernetzung, v) Peroxid-initiierte Radikalvernetzung.The elastomeric material can be cured, for example, by means of a crosslinking reaction and/or film formation by drying from a solution and/or film formation by drying from a dispersion. With regard to crosslinking, this can be carried out using at least one of the following processes: i) radiation crosslinking (preferably by UV radiation), ii) electron crosslinking (e.g. by an electron beam source), iii) thermally initiated radical crosslinking, iv) thermal sulfur crosslinking, v) peroxide initiated radical crosslinking.

Folgende Aspekte können beim Auftragen (Abscheiden) des Elastomermaterials von Bedeutung sein bzw. zum Einsatz kommen:

• Elastomere in unvernetztem (nicht ausgehärtetem) Zustand sind in hoher Konzentration (z.B. bis zu 80%) in organischen Lösemitteln (Toluol, Xylole, Cyclische Ether, Halogen-KW, usw.) löslich und können in dieser Form auf das Basismaterial aufgebracht werden. Dies beispielsweise mittels Sprühen, Giessen, Rakeln, Streichen, oder mittels eines Siebdruck Prozesses. Bei der Auswahl des Aufbringens kann z.B. die Festigkeit des Basismaterials oder der Automatisierungsgrad eine Rolle spielen.

The following aspects can be important or used when applying (separating) the elastomer material:

• Elastomers in a non-crosslinked (not cured) state are soluble in high concentrations (e.g. up to 80%) in organic solvents (toluene, xylene, cyclic ether, halogenated hydrocarbons, etc.) and can be applied to the base material in this form. This can be done, for example, by spraying, pouring, squeegeeing, brushing, or using a screen printing process. When selecting the application, the strength of the base material or the degree of automation can play a role.

Werden einer solchen Elastomermaterial-Lösung, bereits vor dem Auftragen, Additive, wie Vernetzer, Peroxide, Initiatoren, oder Stabilisatoren in geeigneter Menge zugefügt, kann unmittelbar nach Verdampfen des Lösemittels (und optional dessen Rückgewinnung aus der Abluft) ein Vernetzungsprozess durchgeführt werden (z.B. Erhitzen zur Vernetzung mit Schwefel oder Peroxid, UV-Bestrahlung zur radikal-initiierten Vernetzung bei Raumtemperatur).If additives such as crosslinking agents, peroxides, initiators or stabilizers are added in a suitable amount to such an elastomer material solution before application, a crosslinking process (e.g. heating) can be carried out immediately after the solvent has evaporated (and optionally its recovery from the exhaust air). for crosslinking with sulfur or peroxide, UV irradiation for radical-initiated crosslinking at room temperature).

Auf diese Weise können auch sehr dünne Schichten (z.B. in dem Bereich ca. 20 bis 150 Mikrometer) ohne Zugbelastung und daraus resultierender Orientierung aufgebracht werden.In this way, even very thin layers (e.g. in the range of approx. 20 to 150 microns) can be applied without tensile stress and the resulting orientation.

In einem Ausführungsbeispiel wird, zur Viskositätsverminderung in der Applikationsphase, ein Teil der verwendeten Aliphaten (siehe oben) oder der verwendeten (hoch-siedenden) Carbonate durch niedrig-siedende Lösungsmittel, beispielsweise Toluol, ersetzt. In diesem Fall wird der geringe Anteil an niedrigsiedendem Lösungsmittel vor der Vernetzung abgedampft, während die Gelbildenden hoch-siedenden Lösungsmittel im System verbleiben.In one embodiment, to reduce the viscosity in the application phase, some of the aliphatics used (see above) or the (high-boiling) carbonates used are replaced by low-boiling solvents, for example toluene. In this case, the small proportion of low-boiling solvent is evaporated before crosslinking, while the gel-forming high-boiling solvents remain in the system.

In einem Ausführungsbeispiel sind unvernetzte Elastomere als wässrige Dispersionen verfügbar, z.B. mit 30-60% Feststoffgehalt. Solche Dispersionen können in bekannter Weise chemisch modifiziert werden (beispielsweise die Doppelbindungen können mittels Hydrazin/Borkatalyse hydriert werden). Vorteilhaft kann hierbei eine überraschend geringe Viskosität sein, welche bei einem Antrocknen eine leichte Verarbeitbarkeit zu sehr dünnen Folien ermöglicht.In one embodiment, uncrosslinked elastomers are available as aqueous dispersions, e.g., at 30-60% solids. Such dispersions can be chemically modified in a known manner (for example the double bonds can be hydrogenated by means of hydrazine/boron catalysis). A surprisingly low viscosity can be advantageous here, which, when it dries, enables easy processing to form very thin films.

Eine Vernetzung des unvernetzten Elastomermaterials ist sowohl in Dispersionsform, als auch nach Trocknung, in Filmform (besonders bevorzugt mittels UV- Licht) möglich. Diese Vernetzungsart hat sich hier als vorteilhaft herausgestellt, denn in eine Dispersion müssen lediglich nichtionische Initiatoren eingebracht werden, die zu keiner unerwünschten Koagulation führen. Überraschend hat sich gezeigt, dass bei Vernetzung (noch in Dispersionsform), die entstehenden Elastomerpartikel im Zuge des Antrocknens zu einem Film zusammenfliessen, der praktisch keine Fehlstellen aufweist.Crosslinking of the uncrosslinked elastomeric material is possible both in dispersion form and, after drying, in film form (particularly preferably by means of UV light). This type of crosslinking has proven to be advantageous here, because only nonionic initiators, which do not lead to any undesired coagulation, have to be introduced into a dispersion. Surprisingly, it has been shown that during crosslinking (still in the form of a dispersion), the elastomer particles formed flow together in the course of drying to form a film which has practically no defects.

In einem Ausführungsbeispiel können Polysiloxane in bekannter Weise, aus Vinylsiloxanen und Hydrosiloxanen, mittels platinkatalysierter Polyaddition, in situ durch Vermischen der beiden Komponenten und Aufbringen auf den Elektrodenträger als Dielektrikum appliziert werden. Allerdings kann die relativ hohe Viskosität der Vorprodukte ein gewisses Problem darstellen. Dies kann sich durch eine Polyaddition von relativ niedrigmolekularen Ausgangsprodukten, ohne die üblichen Zusätze aus pyrogener Kieselsäure, umgehen lassen, mit dem vorteilhaften Ergebnis hoher Elastizität.In one embodiment, polysiloxanes can be applied as a dielectric in a known manner, from vinylsiloxanes and hydrosiloxanes, by means of platinum-catalyzed polyaddition, in situ by mixing the two components and applying them to the electrode carrier. However, the relatively high viscosity of the precursors can pose a certain problem. This can be avoided by a polyaddition of relatively low-molecular starting products, without the usual additions of pyrogenic silica, with the advantageous result of high elasticity.

In einem Ausführungsbeispiel werden erstmals elastische bis hochelastische Gelstrukturen aus Polyurethankomponenten direkt auf die Elektrodenstrukturen aufgebracht. Der besondere Vorteil der Polyurethanchemie liegt naturgemäss in der hohen Anzahl von Variationsmöglichkeit und der Auswahl der Polyole und Isocyanate, die zur Polyaddition herangezogen werden können.In one embodiment, elastic to highly elastic gel structures made from polyurethane components are applied directly to the electrode structures for the first time. The particular advantage of polyurethane chemistry is of course the large number of possible variations and the selection of the polyols and isocyanates that can be used for the polyaddition.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Aufbringen auf: Aufbringen des Elastomermaterials zumindest teilweise gelöst in einem Lösungsmittel oder in Dispersion mit einem Lösungsmittel. Dies hat den Vorteil, dass nicht ausgehärtetes Elastomermaterial mittels etablierter Prozesse aufgetragen werden kann.According to a further exemplary embodiment, the application includes: application of the elastomer material at least partially dissolved in a solvent or in dispersion with a solvent. This has the advantage that uncured elastomeric material can be applied using established processes.

Elastomere in unvernetztem Zustand sind in hoher Konzentration (z.B. bis zu 80%) in organischen Lösemitteln (Toluol, Xylole, Cyclische Ether, HalogenKohlenwasserstoffe, usw.) löslich und können in dieser Form auf das Basismaterial aufgebracht werden. Dies beispielsweise mittels Sprühen, Giessen, Rakeln, Streichen, oder mittels eines Siebdruck Prozesses.Elastomers in a non-crosslinked state are soluble in high concentrations (e.g. up to 80%) in organic solvents (toluene, xylenes, cyclic ethers, halogenated hydrocarbons, etc.) and can be applied to the base material in this form. This can be done, for example, by spraying, pouring, squeegeeing, brushing, or using a screen printing process.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Lösungsmittel eine hochsiedende (insbesondere mit einem Siedepunkt in dem Bereich 180 bis 200° C) Lösungssubstanz auf. Insbesondere verbleibt die Lösungssubstanz zumindest teilweise in dem Dielektrikum. Dies kann den Vorteil haben, dass die Lösungssubstanz in dem Dielektrikum verbleibt, um vorteilhafte Eigenschaften, insbesondere Gel-Bildung, zu bewirken.According to a further embodiment, the solvent has a high-boiling (esp special with a boiling point in the range 180 to 200 ° C) solution substance. In particular, the solution substance remains at least partially in the dielectric. This can have the advantage that the solute substance remains in the dielectric in order to bring about advantageous properties, in particular gel formation.

In einem Ausführungsbeispiel werden als Lösungsmittel Verbindungen verwendet, die infolge ihres hohen Siedepunktes und der speziellen Löseeigenschaften, im vernetzten Elastomermaterial verbleiben können und als interne Weichmacher wirken können. Solche umfassen beispielsweise aliphatische Mineralöle mit Siedepunkten über 180 bis 200° C oder kurzkettige Polymere entsprechend dem Basispolymer. Bei entsprechender Auswahl, also nicht vornehmlich unverzweigten Ketten (n-Alkanen) sondern bevorzugt verzweigten Aliphaten mit tertiären C-Atomen, kann bei einer Peroxidvernetzung auch ein kovalenter Einbau in die Elastomermatrix erfolgen.In one exemplary embodiment, compounds are used as solvents which, due to their high boiling point and special dissolving properties, can remain in the crosslinked elastomer material and can act as internal plasticizers. Such include, for example, aliphatic mineral oils with boiling points above 180 to 200° C. or short-chain polymers corresponding to the base polymer. With appropriate selection, ie not primarily unbranched chains (n-alkanes) but preferably branched aliphatics with tertiary carbon atoms, covalent incorporation into the elastomer matrix can also take place in the case of peroxide crosslinking.

In einem Ausführungsbeispiel werden als Lösemittel hochsiedende Alkylcarbonate (wie z.B. Ethylenglykolcarbonat, Propylenglykolcarbonat, Butylglykolcarbonat, Neopentylglykolcarbonat, Cyclohexandiolcarbonat, oder Gemische davon) verwendet, die während der Vernetzung im System erhalten bleiben und nach der Vernetzung (vorzugsweise mittels Peroxid und besonders bevorzugt, mittels UV-Vernetzung) mit dem Elastomermaterial ein Gel bilden, das besondere elastische Eigenschaften zeigt.In one embodiment, high-boiling alkyl carbonates (such as ethylene glycol carbonate, propylene glycol carbonate, butyl glycol carbonate, neopentyl glycol carbonate, cyclohexanediol carbonate, or mixtures thereof) are used as solvents, which remain in the system during crosslinking and remain in place after crosslinking (preferably by means of peroxide and particularly preferably by means of UV Crosslinking) form a gel with the elastomer material, which shows special elastic properties.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner auf: Strukturieren und/oder Perforieren zumindest eines Teils der Oberfläche der noch nicht ausgehärteten Elastomerschicht oder des festen Dielektrikums, insbesondere vor dem Aufbringen des Elektrodenmaterials. Dies kann den Vorteil haben, dass aufgetragenes Elektrodenmaterial zumindest teilweise in die Strukturierungen/Perforationen eingebracht werden kann, und dadurch die Haftung verbessert.According to a further exemplary embodiment, the method also includes: structuring and/or perforating at least part of the surface of the not yet cured elastomer layer or of the solid dielectric, in particular before the electrode material is applied. This can have the advantage that applied electrode material can be introduced at least partially into the structures/perforations, thereby improving adhesion.

Die Vernetzung (im Zuge des Aushärtens) kann eine erwünschte Haftung auf dem Basismaterial (z.B. Elektrode) erschweren, denn es können im Wesentlichen keine Möglichkeiten mehr zum Realisieren einer kovalenten Bindung offenstehen. In diesem Fall können die Strukturierungen/Perforationen als vorteilhafte Haftunterstützung wirken.Crosslinking (in the course of curing) can make it difficult to achieve the desired adhesion to the base material (e.g. electrode), because there are essentially no longer any options for realizing a covalent bond. In this case, the structuring/perforations can act as an advantageous adhesive support.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der dielektrischen Vorrichtung ist zumindest ein Teil einer Oberfläche des Dielektrikums strukturiert und/oder perforiert. Insbesondere ist in den Strukturierungen und/oder Perforationen Elektrodenmaterial angeordnet. Auch dies kann den Vorteil bereitstellen, dass eine besonders erwünschte Haftung zwischen Dielektrikum und Elektrode ermöglicht ist.According to a further exemplary embodiment of the dielectric device, at least part of a surface of the dielectric is structured and/or perforated. In particular, electrode material is arranged in the structures and/or perforations. This can also provide the advantage that a particularly desirable adhesion between the dielectric and the electrode is made possible.

In einer weiteren Ausführungsform wird vor dem Erreichen der Endfestigkeit des Dielektrikums eine zweite Elektrode aufgebracht, welche dadurch eine erhöhte Haftung zum Dielektrikum erreicht. Dies erlaubt die Herstellung eines besonders stabilen Verbundes von der Anordnung Elektrode-Dielektrikum-Elektrode, welcher bei Bewegungen in Höhenrichtung (z) nur minimal in die Haupterstreckungsrichtungen (x, y) ausweicht.In a further embodiment, before the dielectric has reached its final strength, a second electrode is applied, which thereby achieves increased adhesion to the dielectric. This allows a particularly stable assembly to be produced from the electrode-dielectric-electrode arrangement, which deviates only minimally in the main directions of extent (x, y) during movements in the vertical direction (z).

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der dielektrischen Vorrichtung liegt das feste Dielektrikum als Gel vor. Dies kann den Vorteil haben, dass ein elastisches Dielektrikum mit besonders vorteilhaften elastischen Eigenschaften bereitgestellt werden kann.According to a further embodiment of the dielectric device, the solid dielectric is in the form of a gel. This can have the advantage that an elastic dielectric with particularly advantageous elastic properties can be provided.

Gele können als viskoelastische Flüssigkeiten definiert werden, die gleichzeitig die Eigenschaften von Festkörpern und Flüssigkeiten haben. Bei den Feststoffen kann es sich um vernetzte Elastomere handeln, die in einem dreidimensionalen Netzwerk eingelagerte Flüssigkeitsanteile haben. Damit ergibt sich für das Elastomernetzwerk die Möglichkeit einer freieren Ausbreitung in die flüssigen Freiräume: Beispielsweise können sich Knäuel auflösen oder entspannen, Verwindungen, Spiralen, Wendel können sich strecken, usw... insgesamt also deutlich leichter bewegen.Gels can be defined as viscoelastic liquids that have the properties of solids and liquids at the same time. The solids can be crosslinked elastomers that have liquid components embedded in a three-dimensional network. This gives the elastomer network the opportunity to spread more freely into the liquid free spaces: for example, tangles can dissolve or relax, twists, spirals, helixes can stretch, etc... all in all, therefore, move much more easily.

Damit können Gele der vorliegenden Art besonders geeignet für Aktor und Sensor-Aufgaben sein, da sie die leichte Verformbarkeit von Flüssigkeiten mit der Rückstell-Elastizität der Elastomere verbinden können. Wichtig können hierbei die angeführten hohen Siedepunkte der Flüssigkeiten (z.B. cyclische Carbonate etc.) sein, damit sich das Gleichgewicht, durch Verdampfung, nicht vom Gel zum Elastomer verschiebt.This means that gels of the present type can be particularly suitable for actuator and sensor tasks, since they can combine the easy deformability of liquids with the resilience of elastomers. The high boiling points of the liquids mentioned (e.g. cyclic carbonates, etc.) can be important here, so that the equilibrium does not shift from the gel to the elastomer due to evaporation.

In einer besonderen Ausführungsform können die Gele mit thixotopen Eigenschaften ausgerüstet werden, welche Gele per Scherung (also dielektrischer Belastung) reversibel „flüssiger“, also leichter verformbar, machen.In a particular embodiment, the gels can be equipped with thixotopic properties, which make gels reversibly “more liquid”, ie more easily deformable, by shearing (ie dielectric loading).

Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die folgenden Figuren detailliert beschrieben.

• 1a, 1b, und 1c zeigen jeweils eine dielektrische Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
• 1d zeigt eine dielektrische Vorrichtung als Stapelaktor/sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
• 2a bis 2f zeigen ein Verfahren zum Herstellen eines elastischen Dielektrikums für eine dielektrische Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Exemplary embodiments of the present invention are described in detail below with reference to the following figures.

• 1a , 1b , and 1c each show a dielectric device according to an embodiment of the invention.
• 1d FIG. 12 shows a dielectric device as a stack actuator/sensor according to an embodiment of the invention.
• 2a until 2f show a method for producing an elastic dielectric for a dielectric device according to an embodiment of the invention.

Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.Identical or similar components in different figures are provided with the same reference numbers.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht das Verfahren aus dem Aufbringen eines sehr dünnen elastischen Dielektrikums auf eine Elektrode als Basismaterial. Dabei kann die Elektrode aus verschiedenen Materialien bestehen (Metalle, Halbleiter, hybrider Aufbau (z.B. Polyesterfolie mit aufgedampfter Aluminium-Leiterschicht), Dünnschicht, Dickschicht, usw.). Die jeweilige Ausgestaltung des Basismaterials weist vorteilhaft folgende Eigenschaften auf:

• i) stabil genug, um sich selbst, sowie das aufgebrachte, noch flüssige (nicht ausgehärtete) Elastomer zu tragen und für die weiteren Verarbeitungsschritte als Basis(-plattform) zu dienen;
• ii) die Elektrode weist eine Gesamtdicke (z.B. elektrisch leitfähiges Material und Trägermaterial zusammen) von unter 50 Mikrometern auf. Bei grösseren Dicken würde die Elektrodendicke gegenüber der Dielektrikumdicke zu groß, so dass gewünschte Aktor- oder Sensorsensitivitäten zu stark reduziert werden;
• iii) hohe Leitfähigkeit, damit Nebeneinflüsse wie Serienwiderstand oder Serieninduktivität nicht dominieren.

According to an exemplary embodiment of the invention, the method consists of applying a very thin elastic dielectric to an electrode as a base material. The electrode can be made of different materials (metals, semiconductors, hybrid structure (eg polyester film with vapor-deposited aluminum conductor layer), thin film, thick film, etc.). The respective design of the base material advantageously has the following properties:

• i) stable enough to support itself and the applied, still liquid (not cured) elastomer and to serve as a base (platform) for further processing steps;
• ii) the electrode has a total thickness (eg electrically conductive material and carrier material together) of less than 50 microns. In the case of greater thicknesses, the electrode thickness would be too large compared to the dielectric thickness, with the result that the desired actuator or sensor sensitivities are reduced too greatly;
• iii) high conductivity, so that side effects such as series resistance or series inductance do not dominate.

1a zeigt eine dielektrische Vorrichtung 100, welche als ein dielektrischer Aktor (DEA), ein dielektrischer Sensor (DES) oder eine Mischform (DEAS) verwendet werden kann. Die Vorrichtung 100 weist eine erste Elektrode 110 und eine zweite Elektrode 120 auf, wobei die zweite Elektrode 120 gegenüber der ersten Elektrode 110 angeordnet ist. Weiterhin weist die Vorrichtung 100 ein elastisches Dielektrikum 130 auf, welches zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 angeordnet ist. Die Elektroden 110, 120 weisen jeweils einen Kontaktbereich 114 auf, welcher aus elektrisch leitfähigem Material besteht und über welchen die Elektroden 110, 120 kontaktiert werden können, bzw. über welchen eine Spannung U angelegt werden kann. Die zweite Elektrode 120 stellt hierbei die Gegenelektrode zur ersten Elektrode 110 dar. Jede der beiden Elektroden 110, 120 wird separat elektrisch kontaktiert, so dass ein elektrisches Feld mittels der Elektroden 110, 120 erzeugt werden kann. In dem gezeigten Beispiel ist keine Spannung angelegt (0 Volt), so dass sich die dielektrische Vorrichtung 100 nicht in einem Betriebsmodus befindet. 1a FIG. 1 shows a dielectric device 100, which can be used as a dielectric actuator (DEA), a dielectric sensor (DES), or a hybrid (DEAS). The device 100 has a first electrode 110 and a second electrode 120 , the second electrode 120 being arranged opposite the first electrode 110 . Furthermore, the device 100 has an elastic dielectric 130 which is arranged between the first electrode 110 and the second electrode 120 . The electrodes 110, 120 each have a contact area 114, which consists of electrically conductive material and via which the electrodes 110, 120 can be contacted, or via which a voltage U can be applied. In this case, the second electrode 120 represents the counter-electrode to the first electrode 110. Each of the two electrodes 110, 120 is electrically contacted separately, so that an electric field can be generated by means of the electrodes 110, 120. In the example shown, no voltage is applied (0 volts), so the dielectric device 100 is not in an operational mode.

Jede der beiden Elektroden 110, 120 weist einen funktionellen Bereich 112 auf, welcher ein elektrisch leitfähiges Metall aufweist. Dieses elektrisch leitfähige Metall ist ein einheitliches Metall (z.B. ein Vollmetall oder ein Sintermetall), und weist keinen Aufbau aus Metall-Partikeln, welche in einem Harz eingebettet sind, auf. Damit ist die elektrische Leitfähigkeit deutlich verbessert. Der funktionelle Bereich 112 ist Platten-förmig ausgebildet und erstreckt sich somit entlang zweier Haupterstreckungsrichtungen x, y, wobei der funktionelle Bereich 112 eine Bereichsebene E aufspannt. In dem gezeigten Beispiel macht der funktionelle Bereich 112 die ganze Elektrodenplatte 110 aus. In anderen Ausführungsbeispielen weist die Elektrode 110 ein (isolierendes) Trägermaterial auf, auf welchem dann der funktionelle Bereich 112 angeordnet ist (z.B. aufgedampft).Each of the two electrodes 110, 120 has a functional area 112 which has an electrically conductive metal. This electrically conductive metal is a unitary metal (e.g., a solid metal or a sintered metal), and has no structure of metal particles embedded in a resin. This significantly improves the electrical conductivity. The functional area 112 is plate-shaped and thus extends along two main extension directions x, y, with the functional area 112 spanning an area plane E. In the example shown, the functional area 112 makes up the entire electrode plate 110 . In other exemplary embodiments, the electrode 110 has an (insulating) carrier material on which the functional area 112 is then arranged (e.g. vapor-deposited).

1b zeigt die dielektrische Vorrichtung 100 gemäß 1a, wobei die Elektroden 110, 120 elektrisch an den jeweiligen Kontaktbereichen 114 kontaktiert wurden. In dem gezeigten Beispiel ist eine Spannung von 1 kV an den Elektroden 110, 120 angelegt, so dass sich die dielektrische Vorrichtung 100 in einem Betriebsmodus befindet. Die erste Elektrode 110 bildet nun einen Pluspol und die zweite Elektrode 120 (Gegenelektrode) bildet den Minuspol. Diese elektrische Kontaktierung führt dazu, dass sich die positiv geladene erste Elektrode 110 und die negativ geladene zweite Elektrode 120 gegenseitig anziehen und sich räumlich aufeinander zubewegen. Wenn das Dielektrikum 130, welches zwischen erster Elektrode 110 und zweiter Elektrode 120 angeordnet ist, als ein elastisches Dielektrikum (z.B. als Elastomer) ausgebildet ist, so wird es aufgrund seiner Inkompressibilität zu den Seiten der dielektrischen Vorrichtung 100 teilweise herausgepresst. 1b 12 shows the dielectric device 100 of FIG 1a , wherein the electrodes 110, 120 were electrically contacted at the respective contact areas 114. In the example shown, a voltage of 1 kV is applied to the electrodes 110, 120 so that the dielectric device 100 is in an operational mode. The first electrode 110 now forms a positive pole and the second electrode 120 (counter-electrode) forms the negative pole. This electrical contact leads to the positively charged first electrode 110 and the negatively charged second electrode 120 attracting one another and moving spatially towards one another. If the dielectric 130, which is arranged between the first electrode 110 and the second electrode 120, is in the form of an elastic dielectric (eg as an elastomer), it is partially pressed out to the sides of the dielectric device 100 due to its incompressibility.

1c zeigt das prinzipielle Funktionsprinzip der dielektrische Vorrichtung 100 (wie schon für die 1a und 1b oben beschrieben) als dielektrischer Aktor oder Sensor. Wird eine Spannung U an die Elektroden 110, 120 angelegt, so bewegen sich die Elektrodenplatten aufeinander zu. Dies erzeugt wiederum einen Druck P auf das Dielektrikum 130, welches zwischen den Elektroden 110, 120 angeordnet ist. Wenn das Dielektrikum 130 als Elastomer ausgebildet ist, so ist es im Wesentlichen inkompressibel und wird durch den Druck von oben (z+) und von unten (z-) zu einer Flächenausdehnung gezwungen. Die Flächenausdehnung (siehe die nach außen weisenden Bewegungspfeile) findet entlang der beiden Haupterstreckungsrichtungen x, y der Elektroden 110, 120 statt. 1c shows the basic functional principle of the dielectric device 100 (as already done for the 1a and 1b described above) as a dielectric actuator or sensor. If a voltage U is applied to the electrodes 110, 120, the electrode plates move towards one another. This in turn generates a pressure P on the dielectric 130 which is arranged between the electrodes 110,120. If the dielectric 130 is in the form of an elastomer, it is essentially incompressible and is forced to expand in surface area by the pressure from above (z+) and from below (z−). The surface expansion (see the movement arrows pointing outwards) takes place along the two main directions x, y of the electrodes 110, 120.

1d zeigt eine Mehrzahl von dielektrischen Vorrichtungen 100 gemäß den 1a bis 1c, welche in Form eines Stapelaktors (oder Stapelsensors) angeordnet sind. Hierbei werden die einzelnen dielektrischen Vorrichtungen 100 in Höhenrichtung (z) übereinander zu einer dielektrischen Vorrichtung 100 aus multiplen Einheiten gestapelt. Unter der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 (zwischen welchen das erste Dielektrikum 130 angeordnet ist) ist nun eine dritte Elektrode 121 angeordnet, welche der zweiten Elektrode 120 gegenüberliegend angeordnet ist. Entsprechend ist ein zweites elastisches Dielektrikum 131 zwischen der dritten Elektrode 121 und der zweiten Elektrode 120 angeordnet. Diese Anordnung lässt sich weiter fortsetzen mittels einer vierten Elektrode und einem dritten Dielektrikum etc. Die erste Elektrode 110 und die dritte Elektrode 121 sind an ihren Kontaktbereichen 114 (z.B. über einen Bonddraht) elektrisch leitfähig verbunden. Die zweite Elektrode 120 (und dann die vierte Elektrode etc.) stellen in diesem Fall die Gegenelektroden 160 dar, wobei wiederum die Gegenelektroden 160 untereinander (z.B. mittels Bonddrähten) an ihren Kontaktbereichen 114 elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind. In weiteren Ausführungsformen können auch mehrere solcher Stapel nebeneinander angeordnet und gemeinsam genutzt werden. 1d FIG. 1 shows a plurality of dielectric devices 100 according to FIGS 1a until 1c , which are in the form of a stack actuator (or Stack sensor) are arranged. Here, the individual dielectric devices 100 are stacked one on top of the other in the height direction (z) to form a dielectric device 100 of multiple units. Below the first electrode 110 and the second electrode 120 (between which the first dielectric 130 is arranged), a third electrode 121 is now arranged, which is arranged opposite the second electrode 120 . Correspondingly, a second elastic dielectric 131 is arranged between the third electrode 121 and the second electrode 120 . This arrangement can be continued further by means of a fourth electrode and a third dielectric, etc. The first electrode 110 and the third electrode 121 are electrically conductively connected at their contact regions 114 (eg via a bonding wire). In this case, the second electrode 120 (and then the fourth electrode, etc.) represent the counter-electrodes 160, the counter-electrodes 160 in turn being electrically conductively connected to one another (eg by means of bonding wires) at their contact regions 114. In further embodiments, several such stacks can also be arranged next to one another and used jointly.

Die 2a bis 2f zeigen ein Verfahren zum Herstellen des elastischen Dielektrikums 130 für die oben beschriebene dielektrische Vorrichtung 100. Besonders vorteilhaft kann dieses Verfahren in einem reel-to-reel (Rolle zu Rolle) Prozess durchgeführt werden.the 2a until 2f show a method for producing the elastic dielectric 130 for the dielectric device 100 described above. This method can be carried out particularly advantageously in a reel-to-reel (reel-to-reel) process.

2a: Ein Basismaterial 210 wird bereitgestellt, welches eine Basisfläche 212 aufweist. Das Basismaterial 210 weist eine hohe Steifigkeit von etwa 5 GPa oder mehr (insbesondere 30 GPa oder mehr) auf. Das Basismaterial 210 ist Teil einer Elektrode 110 und die Basisfläche 212 ist ein elektrisch leitfähiger (metallischer) funktioneller Bereich 112 der Elektrode 110. Die Elektrode 110 ist hierbei besonders dünn (weniger als 50 µm Dicke) ausgebildet. In einem exemplarischen Beispiel ist die Elektrode 110 eine Mehrschicht-Elektrode, welche ein Polymer-Trägermaterial aufweist. Der funktionelle (elektrisch leitfähige) Bereich 112 ist dabei auf dem Trägermaterial aufgedampft. In einem anderen exemplarischen Beispiel ist das Basismaterial 210 eine einseitig metallisierte Polymerfolie, wobei die Basisfläche 212 eine Polymerfläche der Polymerfolie ist (also nicht elektrisch leitfähig). Das Basismaterial 210 ist ein einem bevorzugten Beispiel an der Basisfläche 212 teilweise strukturiert und/oder perforiert, bzw. stellt eine Mehrzahl von Oberflächenstrukturen bereit. 2a : A base material 210 is provided which has a base surface 212 . The base material 210 has a high rigidity of about 5 GPa or more (particularly 30 GPa or more). The base material 210 is part of an electrode 110 and the base area 212 is an electrically conductive (metallic) functional region 112 of the electrode 110. The electrode 110 is particularly thin (less than 50 μm thick). In an exemplary example, the electrode 110 is a multilayer electrode comprising a polymer substrate. The functional (electrically conductive) area 112 is vapour-deposited on the carrier material. In another exemplary example, the base material 210 is a single-sided metallized polymeric film, wherein the base surface 212 is a polymeric surface of the polymeric film (ie, non-electrically conductive). In a preferred example, the base material 210 is partially structured and/or perforated on the base surface 212, or provides a plurality of surface structures.

2b: Eine Elastomerschicht 230 aus nicht ausgehärtetem Elastomermaterial wird auf der Basisfläche 212 gebildet. Die nicht ausgehärtete Elastomerschicht 230 weist einen ersten Bereich 230a und einen zweiten Bereich 230b auf, wobei der zweite Bereich 230b auf dem ersten Bereich 230a angeordnet ist (bzw. in Höhenrichtung (z) darüber liegt). Der erste Bereich 230a ist der untere der beiden Bereiche und ist daher räumlich näher an dem Basismaterial 210 angeordnet als der zweite Bereich 230b, welcher auf dem ersten Bereich 230a liegt. Die Bereiche 230a, 230b weisen dasselbe Elastomermaterial auf und werden entsprechend ihrer Dicke definiert. Der erste Bereich 230a weist eine geringe Dicke von 200 µm oder weniger (insbesondere 20 µm oder weniger) auf. Das Elastomermaterial (z.B. ein Dienpolymer) wird gelöst in einem Lösungsmittel oder suspendiert in einem Suspensionsmedium auf die Basisfläche 212 aufgetragen. In einem Ausführungsbeispiel kann nicht ausgehärtetes Elastomermaterial in die Oberflächenstrukturen des Basismaterials 210 eindringen. 2 B : An elastomeric layer 230 of uncured elastomeric material is formed on base surface 212 . The uncured elastomeric layer 230 has a first portion 230a and a second portion 230b, wherein the second portion 230b is disposed on top of (or overlies in the height direction (z)) the first portion 230a. The first area 230a is the lower of the two areas and is therefore spatially arranged closer to the base material 210 than the second area 230b, which lies on top of the first area 230a. Regions 230a, 230b are of the same elastomeric material and are defined according to their thickness. The first region 230a has a small thickness of 200 μm or less (particularly 20 μm or less). The elastomeric material (eg, a diene polymer) is applied to the base surface 212 dissolved in a solvent or suspended in a suspending medium. In an exemplary embodiment, uncured elastomeric material can penetrate into the surface structures of the base material 210 .

2c: Der erste (untere) Bereich 230a der Elastomerschicht 230 wird zunächst ausgehärtet, während der zweite (obere) Bereich 230b (noch) nicht ausgehärtet wird. Das Aushärten umfasst eine Vernetzungsreaktion und/oder ein Filmbilden durch Abtrocknung aus einer Lösung bzw. Dispersion. Insbesondere wird das Aushärten des ersten Bereichs 230a durch einen gezielt initiierten Aushärteschritt durchgeführt. Ein solcher gezielt initiierter Aushärteschritt umfasst ein gezieltes Vernetzen, z.B. Strahlungs-initiiert (UV Strahlung, Elektronenstrahlquelle), thermisch initiiert (Schwefel), oder Peroxid initiiert. 2c : The first (lower) region 230a of the elastomeric layer 230 is first cured, while the second (upper) region 230b is not (yet) cured. Curing includes a crosslinking reaction and/or film formation by drying from a solution or dispersion. In particular, the curing of the first region 230a is carried out by a curing step that is initiated in a targeted manner. Such a selectively initiated curing step comprises a selective crosslinking, for example radiation-initiated (UV radiation, electron beam source), thermally initiated (sulphur), or peroxide-initiated.

2d: Die Dicke (d) der Elastomerschicht 230 wird gezielt eingestellt, so dass das herzustellende elastische Dielektrikum 130 eine Dicke von weniger als 200 µm, insbesondere weniger als 100 µm, aufweist. Eine derart geringe Dicke lässt sich dadurch erreichen, dass nicht ausgehärtetes Elastomermaterial des zweiten Bereichs 230b selektiv abgetragen bzw. entfernt wird. Weiterhin lässt sich die erwünschte Dicke auch dadurch erreichen, dass selektiv Elastomermaterial dem zweiten Bereich 230b hinzugefügt wird. Der bereits ausgehärtete erste Bereich 230a wird hierbei nicht abgetragen und stellt die notwendige Stabilität bereit. 2d : The thickness (d) of the elastomer layer 230 is adjusted in a targeted manner so that the elastic dielectric 130 to be produced has a thickness of less than 200 μm, in particular less than 100 μm. Such a small thickness can be achieved in that uncured elastomeric material of the second region 230b is selectively ablated or removed. Furthermore, the desired thickness can also be achieved by selectively adding elastomeric material to the second region 230b. The already hardened first area 230a is not removed here and provides the necessary stability.

2e: Der zweite Bereich 230b der Elastomerschicht 230 wird nun derart ausgehärtet, dass die Elastomerschicht 230 ein im Wesentlichen festes Dielektrikum 130 bildet. Dieses feste Dielektrikum 130 weist eine Viskosität von 10⁸ Ns/m² oder mehr auf. Dieser Prozess kann zusätzlich aufweisen: Bilden von speziellen, besonders kleinen Poren (mittlerer Durchmesser von 20 µm oder weniger) in dem Dielektrikum 130. 2e : The second area 230b of the elastomeric layer 230 is now cured in such a way that the elastomeric layer 230 forms an essentially solid dielectric 130 . This solid dielectric 130 has a viscosity of 10 ⁸ Ns/m ² or more. This process may additionally include: forming special, particularly small pores (mean diameter of 20 μm or less) in the dielectric 130.

Das nach dem oben beschriebenen Prozess bereitgestellte elastische Dielektrikum 130 weist besonders vorteilhafte Eigenschaften auf. Eine Variation der Dicke d des erhaltenen elastischen Dielektrikums 130 ist 5 % oder weniger bezogen auf die mittlere Dicke des elastischen Dielektrikums 130. Das elastische Dielektrikum 130 hat hierbei eine Dicke von weniger als 200 µm, insbesondere weniger als 100 µm.The elastic dielectric 130 provided according to the process described above has particularly advantageous properties. A variation of the thickness d of the obtained elastic The dielectric 130 is 5% or less based on the average thickness of the elastic dielectric 130. The elastic dielectric 130 has a thickness of less than 200 μm, in particular less than 100 μm.

2f: Auf das (auf dem Elektroden-Basismaterial 110) bereitgestellte elastische Dielektrikum 130 wird ein Elektrodenmaterial aufgebracht, um eine zweite Elektrode 120 bereitzustellen, welche der ersten Elektrode 110 gegenüberliegt, wobei das elastische Dielektrikum 130 dann zwischen der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 angeordnet ist. Auf diese Weise wird die dielektrische Vorrichtung 100, insbesondere ein dielektrischer Aktor und/oder ein dielektrischer Sensor, hergestellt. 2f : An electrode material is applied to the elastic dielectric 130 provided (on the electrode base material 110) to provide a second electrode 120 which faces the first electrode 110, the elastic dielectric 130 then being sandwiched between the first electrode 110 and the second electrode 120 is arranged. In this way, the dielectric device 100, in particular a dielectric actuator and/or a dielectric sensor, is produced.

In einem Ausführungsbeispiel wird auf den noch nicht vollständig ausgehärteten zweiten Bereich 230b des Elastomermaterials (insbesondere nach dem Aushärten des ersten Bereichs 230a) das Elektrodenmaterial aufgetragen. Hierbei wird zumindest ein Teil der Oberfläche der noch nicht ausgehärteten Elastomerschicht 230 oder des festen Dielektrikums 130 (insbesondere vor dem Aufbringen des Elektrodenmaterials) strukturiert und/oder perforiert, um Oberflächen-Strukturen bereitzustellen. Beim Auftragen des Elektrodenmaterials kann dieses zumindest teilweise in die Oberflächen-Strukturen des Dielektrikums 130 eindringen. Nach dem Aushärten des Elastomermaterials kann die Elektrode 120 besonders gut an dem im Wesentlichen festen Dielektrikum 130 haften.In one exemplary embodiment, the electrode material is applied to the not yet fully cured second region 230b of the elastomeric material (in particular after the first region 230a has cured). In this case, at least part of the surface of the not yet cured elastomer layer 230 or of the solid dielectric 130 is structured and/or perforated (in particular before the application of the electrode material) in order to provide surface structures. When the electrode material is applied, it can at least partially penetrate into the surface structures of the dielectric 130 . After the elastomeric material has cured, the electrode 120 can adhere particularly well to the substantially solid dielectric 130 .

Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.In addition, it should be noted that "comprising" does not exclude other elements or steps, and "a" or "an" does not exclude a plurality. Furthermore, it should be pointed out that features or steps that have been described with reference to one of the above exemplary embodiments can also be used in combination with other features or steps of other exemplary embodiments described above. Any reference signs in the claims should not be construed as limiting.

BezugszeichenlisteReference List

100100

Dielektrische Vorrichtungdielectric device

110110

Erste Elektrode, MetallfolieFirst electrode, metal foil

112112

Funktioneller (elektrisch leitfähiger) BereichFunctional (electrically conductive) area

114114

Kontaktbereichcontact area

120120

Zweite ElektrodeSecond electrode

121121

Dritte ElektrodeThird Electrode

130130

(Erstes) Dielektrikum(First) dielectric

131131

Zweites DielektrikumSecond dielectric

160160

Gegenelektrode counter electrode

210210

Basismaterialbase material

212212

Basisflächebase surface

230230

Elastomerschicht, nicht ausgehärtetElastomer layer, not cured

230a230a

Erster BereichFirst area

230b230b

Zweiter Bereich second area

di.e

Dickethickness

EE

Bereichsebenearea level

PP

DruckPrint

Uu

Spannungtension

X, YX, Y

Haupterstreckungsrichtungenmain extension directions

ZZ

Höhenrichtungheight direction

Claims (24)

Ein Verfahren zum Herstellen eines elastischen Dielektrikums (130) für eine dielektrische Elastomer Vorrichtung (100), insbesondere einen dielektrischen Elastomer Aktor und/oder einen dielektrischen Elastomer Sensor, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines Basismaterials (210), welches eine Basisfläche (212) aufweist, wobei das Basismaterial (210) Teil einer Elektrode (110) ist, und wobei die Basisfläche (212) ein elektrisch leitfähiger, metallischer funktioneller Bereich der Elektrode (110) ist; Bilden einer Elastomerschicht (230) aus nicht ausgehärtetem Elastomermaterial auf der Basisfläche (212), wobei die Elastomerschicht (230) einen ersten Bereich (230a) und einen zweiten Bereich (230b) aufweist, wobei der zweite Bereich (230b) auf dem ersten Bereich (230a) angeordnet ist, und wobei der erste Bereich (230a) räumlich näher an dem Basismaterial (210) angeordnet ist als der zweite Bereich (230b); Aushärten des ersten Bereichs (230a) der Elastomerschicht (230); danach Einstellen der Dicke (d) der Elastomerschicht (230) durch Entfernen von nicht ausgehärtetem Elastomermaterial des zweiten Bereichs (230b); und danach Aushärten des zweiten Bereichs (230b) der Elastomerschicht (230) derart, dass die Elastomerschicht (230) ein ausgehärtetes und/oder vollständig vernetztes Dielektrikum (130) bildet; wobei das Verfahren in einem reel-to-reel Prozess durchgeführt wird.A method for producing an elastic dielectric (130) for a dielectric elastomer device (100), in particular a dielectric elastomer actuator and/or a dielectric elastomer sensor, the method having: providing a base material (210) having a base surface (212), the base material (210) being part of an electrode (110), and the base surface (212) being an electrically conductive, metallic functional area of the electrode (110); forming an elastomeric layer (230) of uncured elastomeric material on the base surface (212), wherein the elastomer layer (230) has a first area (230a) and a second area (230b), wherein the second portion (230b) is disposed on the first portion (230a), and the first region (230a) being spatially closer to the base material (210) than the second region (230b); curing the first region (230a) of the elastomeric layer (230); thereafter adjusting the thickness (d) of the elastomeric layer (230) by removing uncured elastomeric material of the second region (230b); and then curing the second region (230b) of the elastomeric layer (230) such that the elastomeric layer (230) forms a cured and/or fully crosslinked dielectric (130); the method being carried out in a reel-to-reel process. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der erste Bereich (230a) eine Dicke von 350 µm oder weniger, insbesondere 300 µm oder weniger, weiter insbesondere 200 µm oder weniger, weiter insbesondere 100 µm oder weniger, weiter insbesondere 20 µm oder weniger, weiter insbesondere 5 µm oder weniger, aufweist.The procedure according to claim 1 , wherein the first region (230a) has a thickness of 350 microns or less, in particular 300 μm or less, in particular 200 μm or less, in particular 100 μm or less, in particular 20 μm or less, in particular 5 μm or less. Das Verfahren gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einstellen der Dicke der Elastomerschicht (230) aufweist: Einstellen der Dicke derart, dass das elastische Dielektrikum (130) eine Dicke von 200 µm oder weniger, insbesondere 150 µm oder weniger, weiter insbesondere 100 µm oder weniger, aufweist.The method of any preceding claim, wherein adjusting the thickness of the elastomeric layer (230) comprises: Adjusting the thickness in such a way that the elastic dielectric (130) has a thickness of 200 μm or less, in particular 150 μm or less, more particularly 100 μm or less. Das Verfahren gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Basismaterial (210) eine Dicke von 50 µm oder weniger aufweist.The method according to any one of the preceding claims, wherein the base material (210) has a thickness of 50 µm or less. Das Verfahren gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektrisch leitfähige Metall ein einheitliches Metall ist.The method according to any one of the preceding claims, wherein the electrically conductive metal is a uniform metal. Das Verfahren gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektrode (110) eine Mehrschicht-Elektrode ist, welche ein Trägermaterial, insbesondere ein Polymer, aufweist, wobei der funktionelle Bereich (112) auf dem Trägermaterial aufgebracht, insbesondere aufgedampft, ist.The method according to any one of the preceding claims, wherein the electrode (110) is a multilayer electrode comprising a carrier material, in particular a polymer, the functional region (112) being applied, in particular vapor-deposited, to the carrier material. Das Verfahren gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Basismaterial (210) eine Polymerfolie ist, und wobei das Basismaterial (210) eine einseitig metallisierte Polymerfolie ist.The method of any one of the preceding claims, wherein the base material (210) is a polymeric film, and wherein the base material (210) is a single-side metalized polymeric film. Das Verfahren gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Basismaterial (210) eine Steifigkeit von 1 GPa oder mehr, insbesondere 5 GPa oder mehr, weiter insbesondere 30 GPa oder mehr, aufweist.The method according to any one of the preceding claims, wherein the base material (210) has a stiffness of 1 GPa or more, in particular 5 GPa or more, further in particular 30 GPa or more. Das Verfahren gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Basismaterial (210) zumindest teilweise strukturiert und/oder perforiert ist.The method according to any one of the preceding claims, wherein the base material (210) is at least partially structured and/or perforated. Das Verfahren gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Viskosität des festen Dielektrikums (130) 10⁸ Ns/m² oder mehr ist.The method according to any one of the preceding claims, wherein the viscosity of the solid dielectric (130) is 10 ⁸ Ns/m ² or more. Das Verfahren gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: Bilden von Poren in dem Dielektrikum (130), insbesondere wobei die Poren einen mittleren Durchmesser von 20 µm oder weniger aufweisen.The method according to any one of the preceding claims, further comprising: Forming pores in the dielectric (130), in particular the pores having an average diameter of 20 μm or less. Das Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Poren 40 Volumenprozent oder weniger des Dielektrikums (130) ausmachen.The procedure according to claim 11 , wherein the pores make up 40 percent or less by volume of the dielectric (130). Das Verfahren gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei das Bilden von Poren aufweist: Beaufschlagen der nicht ausgehärteten Elastomerschicht (230) mit einem Fluid, insbesondere CO₂, bei vorbestimmtem Druck; und Absenken des vorbestimmten Drucks während des Aushärtens.The procedure according to claim 11 or 12 , wherein the formation of pores comprises: subjecting the uncured elastomeric layer (230) to a fluid, in particular CO ₂ , at a predetermined pressure; and decreasing the predetermined pressure during curing. Das Verfahren gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Variation der Dicke des Dielektrikums (130) 20 % oder weniger, insbesondere 5 % oder weniger, bezogen auf die mittlere Dicke aufweist.The method according to any one of the preceding claims, wherein a variation in the thickness of the dielectric (130) is 20% or less, in particular 5% or less, based on the average thickness. Das Verfahren gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: Zugeben eines Additivs zu dem Elastomermaterial, wobei die Dielektrizitätskonstante des Additivs von der Dielektrizitätskonstante des Elastomermaterials verschieden ist.The method according to any one of the preceding claims, further comprising: adding an additive to the elastomeric material, wherein the dielectric constant of the additive is different than the dielectric constant of the elastomeric material. Das Verfahren gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Elastomermaterial zumindest eines aufweist aus der Gruppe, welche besteht aus: einem Dien Polymer, insbesondere zumindest einem von Butadien, Isopren, Dimethylbutadien, Halogenbutadien, Cyclopentadien, Cyclooctadien; einem Elastomer mit einer 1,2 und/oder 1,4 Verknüpfung in cis- und/oder trans-Form; einem Copolymer, insbesondere mit einem Dien Polymer, mit einfach ungesättigten Monomeren, insbesondere einem von Stryol, Ethen, Propen, Buten, Acrylnitril, Acrylsäure, Acrylsäureester, Vinylether, Vinylester, Vinylhalogenid; einem unvernetzten Elastomer oder einem vernetzten Elastomer; einem Polyadditionselastomer, insbesondere Polyurethan; einem Polymergemisch aus zumindest zwei der oben genannten Elastomere.The method according to any one of the preceding claims, wherein the elastomeric material comprises at least one from the group consisting of: a diene polymer, in particular at least one of butadiene, isoprene, dimethylbutadiene, halobutadiene, cyclopentadiene, cyclooctadiene; an elastomer with a 1,2 and/or 1,4 linkage in cis and/or trans form; a copolymer, in particular with a diene polymer, with monounsaturated monomers, in particular one of styrene, ethene, propene, butene, acrylonitrile, acrylic acid, acrylic acid ester, vinyl ether, vinyl ester, vinyl halide; an uncrosslinked elastomer or a crosslinked elastomer; a polyaddition elastomer, especially polyurethane; a polymer blend of at least two of the above elastomers. Das Verfahren gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aushärten zumindest einen der folgenden Prozesse aufweist: eine Vernetzungsreaktion; ein Filmbilden durch Abtrocknung aus einer Lösung; ein Filmbilden durch Abtrocknung aus einer Dispersion.The method according to any one of the preceding claims, wherein the curing comprises at least one of the following processes: a crosslinking reaction; film forming by drying from a solution; film formation by drying from a dispersion. Das Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei das Aushärten einen gezielt initiierten Aushärteschritt aufweist.The procedure according to Claim 17 , wherein the curing has a specifically initiated curing step. Das Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei der gezielt initiierte Aushärteschritt zumindest einen aus der Gruppe aufweist, welche besteht aus: Strahlungsvernetzen, insbesondere mittels UV-Strahlung; Elektronenvernetzen, insbesondere mittels einer Elektronenstrahlenquelle; thermisch initiiertes Radikalvernetzen; thermisches Schwefelvernetzen; Peroxid-initiiertes Radikal vernetzen.The procedure according to Claim 18 , wherein the specifically initiated curing step at least one from the group consisting of: radiation crosslinking, in particular by means of UV radiation; Electron crosslinking, in particular by means of an electron beam source; thermally initiated free radical crosslinking; thermal sulfur crosslinking; Crosslink peroxide-initiated radical. Das Verfahren gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aufbringen aufweist: Aufbringen des Elastomermaterials zumindest teilweise gelöst in einem Lösungsmittel oder in Dispersion mit einem Lösungsmittel.The method according to any one of the preceding claims, wherein the applying comprises: Application of the elastomeric material at least partially dissolved in a solvent or in dispersion with a solvent. Das Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei das Lösungsmittel eine hochsiedende, insbesondere mit einem Siedepunkt in dem Bereich 180 bis 200° C, Lösungssubstanz aufweist.The procedure according to claim 20 , wherein the solvent has a high-boiling, in particular with a boiling point in the range 180 to 200 ° C, solvent substance. Das Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei die Lösungssubstanz zumindest teilweise in dem Dielektrikum (130) verbleibt.The procedure according to Claim 21 , wherein the solution substance remains at least partially in the dielectric (130). Ein Verfahren zum Herstellen einer dielektrischen Elastomer Vorrichtung (100), insbesondere einen dielektrischen Elastomer Aktor und/oder einen dielektrischen Elastomer Sensor, das Verfahren aufweisend: Bereitstellen eines elastischen Dielektrikums (130) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 22; hierbei Aufbringen von Elektrodenmaterial auf den noch nicht ausgehärteten zweiten Bereich (230b) des Elastomermaterials, insbesondere nach dem Aushärten des ersten Bereichs (230a); Bilden einer Elektrode (120) aus dem Elektrodenmaterial, insbesondere derart, dass die Elektrode (120) an dem Dielektrikum (130) haftet.A method for producing a dielectric elastomer device (100), in particular a dielectric elastomer actuator and/or a dielectric elastomer sensor, the method comprising: providing an elastic dielectric (130) according to any one of Claims 1 until 22 ; here application of electrode material to the not yet hardened second area (230b) of the elastomeric material, in particular after the hardening of the first area (230a); Forming an electrode (120) from the electrode material, in particular in such a way that the electrode (120) adheres to the dielectric (130). Das Verfahren gemäß Anspruch 23, ferner aufweisend: Strukturieren und/oder Perforieren zumindest eines Teils der Oberfläche der noch nicht ausgehärteten Elastomerschicht (230) oder des festen Dielektrikums (130), insbesondere vor dem Aufbringen des Elektrodenmaterials.The procedure according to Claim 23 , further comprising: structuring and/or perforating at least part of the surface of the not yet cured elastomer layer (230) or of the solid dielectric (130), in particular before the application of the electrode material.

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